Как киты научились не спать

Животный мир поражает своим разнообразием и уникальными адаптациями, которые позволяют его представителям выживать в самых экстремальных условиях. Одной из таких удивительных особенностей является режим сна китообразных, сирен и ластоногих. Эти морские млекопитающие обладают способностью к однополушарному медленному сну, благодаря которому половина их мозга остается активной даже во время отдыха. Недавнее исследование ученых из Университета Сучжоу (Китай), опубликованное в журнале PLOS Genetics, проливает свет на генетические механизмы, которые позволили развить столь необычную способность.

Что такое однополушарный медленный сон

Однополушарный медленный сон — это уникальное состояние, при котором одно полушарие мозга находится в состоянии сна, а другое продолжает функционировать. Такая адаптация позволяет морским млекопитающим решать сразу несколько жизненно важных задач. Во-первых, они могут всплывать на поверхность для вдоха, так как, в отличие от большинства животных, китообразные лишены «бессознательной» дыхательной системы. Это означает, что каждый вдох и выдох они контролируют осознанно, даже во время сна.

Во-вторых, активное полушарие обеспечивает безопасность, позволяя животному следить за окружающей средой и избегать потенциальных угроз. Например, у дельфинов и косаток во время сна один глаз остается открытым. Он связан с бодрствующим полушарием и помогает мониторить обстановку вокруг. Такая способность особенно важна для выживания в океанских глубинах, где опасности могут подстерегать повсюду.

Генетические секреты необычного сна

Китайские ученые задались целью выяснить, какие именно генетические изменения позволили морским млекопитающим развить столь уникальную особенность. Для этого они провели сравнительный анализ геномов китообразных, сирен и ластоногих с геномами рыбок данио. Последние, в отличие от морских млекопитающих, обладают традиционным режимом сна: они опускаются на дно и полностью отключаются от внешнего мира. Рыбки данио также могут зарываться в грунт или прятаться среди растений, чтобы чувствовать себя в безопасности.

Результаты исследования показали, что у китообразных и ластоногих пять циркадных генов (CLOCK, NPAS2, CRY1, PER2 и PER3) функционируют иначе, чем у рыбок данио. Эти гены играют ключевую роль в регуляции биологических ритмов и сна. Однако наиболее интересные открытия касались специфичных для китообразных мутаций в генах clocka и bmal1a. Эти мутации, как выяснили ученые, могут подавлять потребность во сне, снижая активность холинергического пути мозга. Этот путь связан с фазой быстрого сна, которая практически отсутствует у китообразных.

Почему китообразные утратили фазу быстрого сна

Фаза быстрого сна, характерная для большинства млекопитающих, связана с активной работой мозга, обработкой информации и восстановлением нервной системы. Однако у китообразных эта фаза практически отсутствует. Ученые считают, что утрата быстрого сна стала эволюционной необходимостью. В условиях океана, где каждую секунду может возникнуть угроза, глубокий сон мог бы стать фатальным. Однополушарный медленный сон позволил этим животным адаптироваться к морской среде, сохраняя жизненно важные функции даже во время отдыха.

Способность китообразных и ластоногих к однополушарному сну является ярким примером того, как природа находит удивительные решения для выживания. Такие адаптации развиваются на протяжении миллионов лет, подстраиваясь под условия окружающей среды. В случае морских млекопитающих ключевую роль сыграли изменения в генах, которые не только изменили их режим сна, но и позволили выживать в условиях, где каждое мгновение на счету.