Dragonii bărboși prezintă mișcări rapide ale ochilor (REM) și unde subconștiente lente în timpul somnului
(17.05.2016) Comportamentul în timpul somului este același la toate animalele, de la insecte până la om. La oameni, somnul este de asemenea caracterizat prin activitate cerebrală: perioade cu activitate cerebrală cu unde lente SWS (slow wave activity) care sunt urmate de perioade scurte de somn REM. Aceste caracteristici electrice ale somnului cerebral, ale cărui funcții nu sunt înțelese prea bine, au fost descrise până acum doar la mamifere și la păsări, dar nu și la reptile, amfibieni sau pești.
Totuși, păsările sunt reptile – ele sunt descendenții cu pene ai dinozaurilor dispăruți cu mult timp în urmă. Atunci, cum a evoluat activitatea creierului din timpul somnului? Gilles Laurent și alți membrii ai laboratorului de la Institutul pentru Cercetări Cerebrale Max Planck din Frankfurt Germania descriu pentru prima dată REM și SWS lent la o reptilă, dragonul Australian Pogona vitticeps. Acest lucru sugerează că activitatea creierului în timpul somnului datează cel puțin de la evoluția amniotelor, adică începutul colonizării de suprafață terestră de animale vertebrate. Au reportat descoperirile lor în cea mai recentă ediție a revistei Știința.
Sleeping bearded dragon (Pogona vitticeps) © MPI f. Brain Research/ S. Junek
Păsările, reptilele și mamiferele sunt amniote, o clasă de vertebrate tetrapode, ale căror ouă pot supraviețui în afara apei, permițând astfel o colonizare terestră. Amniotele au apărut cu 320 de milioane de ani în urmă, și s-au împărțit repede într-un grup care a dus la apariția mamiferelor (inclusiv noi oamenii) și o altă specie care a dus la apariția reptilelor și a păsărilor. Dragonii cu barbă sunt un tip de reptilă care s-a ramificat din trunchiul comun reptilian acum 250 de milioane de ani mult mai devreme decât ramura care ar fi dus la apariția dinozaurilor și a păsărilor. Un fenomen observat la o șopârlă, o pasăre și un mamifer ar fi existat așadar și la strămoșul lor ancestral.
Gilles Laurent și grupul lui studiază creierul reptilelor datorită simplității designului lor ancestral, pentru a înțelege funcțiile corticale, dinamica și numărul lor. În mijlocul acestor studii, au observat că activitatea cerebrală înregistrată la șopârlele care se odihneau a oscilat de obicei între două stări.
Munca de până acum derivă din observația inițială. S-au întrebat: se observă somnul REM și somnul SWS?
Răspunsul la aceste întrebări necesită o clasificare a activității neuronale înregistrate în creier, bazată pe un număr de statistici, trăsături dinamice și anatomice și corelarea acestora cu comportamente observabile, precum prezența sau absența mișcărilor rapide ale ochilor.
În raportul pe care l-au realizat, Laurent și colegii săi descriu existența REM și SWS la dragonul Australian ca fiind asemănătoare cu somnul mamiferelor: o fază caracterizată de frecvență scăzută/activitate cerebrală de amplitudine medie și rară și impulsuri neuronale în rafală (SWS); precum și o altă fază caracterizată de activitatea creierului în stare conștientă și mișcări rapide ale ochilor. O altă trăsătură comună cu somnul mamiferelor a fost activitatea coordonată a cortexului cu o altă zonă în timpul SWS: la dragoni, această zonă este așa-numitul pol dorsal. La mamifere este hipocamp.
De asemenea, ei raportează diferențe interesante: de exemplu, ritmul de somn la șopârlă este extrem de rapid si regulat: ciclul de somn al șopârlei este de aproximativ 80 de secunde la 270 C, față de 30 de minute la pisica sau 60-90 minute la om. De asemenea, la șopârle undele SWS și REM pot avea durate egale în timpul fiecărui ciclu – în timp ce REM și SWS sunt mult mai scurte la mamifere, iar la păsări este pe termen scurt și neregulat. Per total, somnul șopârlelor pare mult mai simplu și poate fi așadar mai apropiat de modul de somn al speciilor ancestrale.
Cum se știe că astfel de dovezi indică o origine comună, mai degrabă decât o evoluție separată, dar convergentă a somnului la reptile, păsări și mamifere?
“Dovezile, până în prezent, indică o origine a REM și a SWS la fel de îndepărtată ca și cea a strămoșilor comuni ai acestor reptile - păsări și mamifere, care au trăit cu aproximativ 320 de milioane de ani în urmă”, explică Laurent. La vremea aceea continentele pământului au format o singură masă de pământ.
Expunerea evoluției convergente (de două ori sau de trei ori în evoluția amniotă) în fenomenul complex precum dinamica somnului cerebral este mai puțin plauzibilă decât problema unei origini comune. Dată fiind ramificarea timpurie a reptilelor, dovezi suplimentare din mai multe ramuri reptiliene precum țestoasele, șopârlele, sau crocodili vor crește probabilitatea unei origini comune.
Oamenii de știință vor continua să exploreze activitatea cerebrală din timpul stării subconștiente și stării conștiente, ca un mijloc de a înțelege caracteristicile comune esențiale ale funcției cerebrale la animalele vertebrate.
Publicație
Shein-Idelson, M., Ondracek, J., Liaw, H.-P., Reiter, S. și Laurent, G. (2016). Slow waves, sharp-waves, ripples and REM in sleeping dragons. Science (în presă).
