Pytanie:
Dlaczego proces snu ewoluował u wielu zwierząt? Jaka jest jego ewolucyjna zaleta?
Gordon Gustafson
2011-12-24 21:10:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Proces snu wydaje się być bardzo niekorzystny dla organizmu, ponieważ jest niezwykle podatny na drapieżnictwo przez kilka godzin. Dlaczego sen jest potrzebny tak wielu zwierzętom? Jaką korzyść dało to jednostkom, które wyewoluowały, aby mieć to jako adaptację? Kiedy i jak to się prawdopodobnie wydarzyło na ewolucyjnej ścieżce zwierząt?

na przykład delfiny nie mogą sobie pozwolić na utratę pełnej przytomności podczas odpoczynku, w przeciwnym razie utoną. Tak więc ich mózgi ssaków ewoluowały w taki sposób [że tylko połowa mózgu śpi na raz] (http://science.howstuffworks.com/environmental/life/zoology/mammals/question643.htm).
Wiele zwierząt wędrownych, takich jak żółwie i ptaki, również rozwinęło ten półmózgowy sen.
Według jednego z artykułów, które przeczytałem, sen pomaga w procesie uczenia się, a podczas snu wzmacnia się wiele połączeń nerwowych.
W społeczności pojawiła się sugestia (nie opublikowano niczego, co mogę znaleźć), że sen wyewoluował, aby powstrzymać zwierzęta przed wyprawą, gdy warunki nie sprzyjały polowaniom (na przykład na myśliwych w ciągu dnia polowano w nocy lub powolne, nocne zwierzęta stają się oczywiste w blasku słońca). Lepiej jest, jeśli po prostu skulą się, gdy ich zmysły nie są dostrojone do sytuacji, z którymi mogą się spotkać.
Udzielenie odpowiedzi na niektóre pytania jest celem książki [Why We Sleep] (https://www.amazon.com/Why-We-Sleep-Unlocking-Dreams/dp/1501144316) autorstwa badacza snu Matthew Walkera. Książka jest dość popularna i aktualna (2017).
Cztery odpowiedzi:
#1
+54
DVK
2011-12-24 22:01:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ten dobry, pozanaukowy artykuł omawia niektóre z typowych zalet (odpoczynek / regeneracja).

Jeden z wymienionych przez nich artykułów naukowych (powiązany z komunikatem prasowym) brzmiał Conservation of Sleep: Insights from Non-Mammalian Model Systems autorstwa dr Johna E. Zimmermana; Trends Neurosci. 2008 lipiec; 31 (7): 371–376. Opublikowano w Internecie 5 czerwca 2008 r. Doi: 10.1016 / j.tins.2008.05.001; NIHMSID: NIHMS230885 . Cytując z komunikatu prasowego:

Ponieważ czas letargu zbiega się z czasem w cyklu życiowym robaków obłych, kiedy zachodzą zmiany synaptyczne w układzie nerwowym, sugerują, że sen jest stan wymagany dla plastyczności układu nerwowego. Innymi słowy, aby układ nerwowy mógł się rozwijać i zmieniać, musi nastąpić przerwa w aktywnym zachowaniu. Inni badacze z Penn wykazali, że u ssaków zmiany synaptyczne zachodzą podczas snu i że pozbawienie snu powoduje zakłócenie tych zmian synaptycznych.

To może wyjaśniać, dlaczego [brak snu wpływa na tętno] (https://sleepfoundation.org/sleep-news/how-sleep-deprivation-affects-your-heart).
Jest to trochę okrągłe, ponieważ sen „wymagany dla plastyczności układu nerwowego” oznacza po prostu, że zależność adaptacji nerwowej od snu nigdy nie została wybrana. Nie odpowiada, dlaczego
W tym argumencie nie wspomina się również, dlaczego nie może istnieć wysoce modularna i nadmiarowa architektura mózgu z co najmniej 2 modułami dla każdego podsystemu neuroplastycznego, które naprzemiennie zmieniają cykle snu i czuwania. Taka technologia istnieje już w przypadku dużych klastrów serwerów i stojaków (nazywanych aktualizacjami kroczącymi), w których moduł równoważenia obciążenia jest używany jako front-end skierowany do klienta (kierowanie żądań do serwerów gotowych do ich przyjęcia). Po wdrożeniu aktualizacji serwery są zamykane, aktualizowane i restartowane w sposób „kroczący”, tak że większość serwerów działa w dowolnym momencie aktualizacji.
#2
+27
Rory M
2012-01-29 18:56:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Znalazłem ten artykuł Beningtona i Hellera, który rozszerza wspomnianą wcześniej teorię snu jako mechanizmu odnawiania metabolizmu. Stawiają hipotezę, że sen jest niezbędny do uzupełnienia zapasów glikogenu (głównie w astrocytach) w mózgu. Te zapasy są zwykle używane do uzupełniania glukozy we krwi ze względu na wysokie zapotrzebowanie energetyczne mózgu.

Sugeruje się, że może to również skutkować objawami senności w wyniku wyczerpania zapasów glikogenu w określonych małych obszarach mózgu. Krótkie i miejscowe wyczerpanie zapasów glikogenu oznacza, że ​​komórki działają z mniejszą energią niż normalnie muszą pracować. Powoduje to wzrost syntezy adenozyny z rozpadu AMP. W artykule utrzymuje się, że podwyższone poziomy adenozyny są wykrywane przez receptory adenozyny, które następnie wyzwalają lub zwiększają (jak widać na skanach EEG) poczucie potrzeby snu:

Flowchart of the relation of glycogen to sleep need and replenishment

W śnie NREM (który może stanowić pewne poparcie dla teorii, ponieważ sen NREM stanowi 80% snu i jest najbardziej fizjologicznie różny od czuwania), ten glikogen jest najskuteczniej zastępowany. Podczas snu NREM uwalnianie neuroprzekaźników indukujących glikogenolizę jest zmniejszone, co pozwala na dominację syntazy glikogenu i przywrócenie poziomu glikogenu. Jednak te same neuroprzekaźniki odgrywają kluczową rolę w przetwarzaniu bodźców czuciowych (przez toniczną depolaryzację neuronów w korze czuciowej). Dlatego uzupełnienie glikogenu zawsze będzie wiązało się z (silnie) zmniejszoną reakcją na bodźce .

To prowadzi do ostatecznej odpowiedzi na pytanie, dlaczego sen ma ewolucyjną przewagę, którą cytuj dosłownie, aby utrzymać rozmach autorów:

Uzupełnianie glikogenu podczas przebudzenia byłoby niewłaściwe, ponieważ osłabiłoby zdolność organizmu do przetwarzania i reagowania na bodźce sensoryczne. W związku z tym sen wyewoluował jako stan, w którym zwierzęta wycofują się do bezpiecznego środowiska, ich zachowanie jest tłumione, a zapasy glikogenu są uzupełniane .

Czy więc to tylko zbieg okoliczności, że metaboliczny szlak syntezy glikogenu w mózgu wyewoluował i został regulowany przez neuroprzekaźniki? Gdyby ewoluował niezależnie - nie potrzebowalibyśmy snu?
@MartaCz-C to naprawdę dobra uwaga i jeśli mam być szczery, starałem się znaleźć dla ciebie odpowiedź w literaturze. Można jednak powiedzieć, że ponieważ rezerwy glikogenu są w istocie zapasowym źródłem zasilania, nawet jeśli nie ma neuroprzekaźników, taka podaż prawdopodobnie nie zostanie uzupełniona bez znacznie zmniejszonego zapotrzebowania na energię (tj. Podczas snu), ponieważ w przeciwnym razie dostarczona glukoza byłby szybko używany, a nie przechowywany w glikogenezie. W takim przypadku może to być raczej adaptacja niż zbieg okoliczności - zmuszenie organizmu do odpoczynku w celu odbudowania tych zasobów.
#3
+9
Innab
2011-12-24 23:49:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Z tego, czego się dowiedziałem, można odpowiedzieć na to pytanie w dwóch teoriach:

  1. Przywrócenie - organizm potrzebuje odpoczynku, aby odnowić swój metabolizm (jeśli zwierzę aktywny 24 godziny na dobę, będzie stale zużywał dużo energii i metabolizmu). Wykazano, że myszy, które przez jakiś czas nie spały, mają osłabiony układ odpornościowy.

  2. Zachowanie - zakłada się, że sen zapewnia przewagę w przetrwaniu. Noc to niebezpieczny czas, więc sen w pewnym sensie „zmusza” zwierzę do leżenia nisko na kilka godzin.

Twój punkt 2 mówi dokładnie przeciwnie do przesłanki pytania. Czy chciałbyś trochę rozszerzyć (np. Podać kilka referencji)?
Punkt 1 wydaje się być argumentem okrężnym (lub całkowicie błędnym): jeśli zwierzę nie spało, mogłoby polować / zbierać pożywienie. Nawet podczas snu zużywamy * trochę * energii, więc te obliczenia * zawsze * wyjdą korzystnie po stronie czuwania.
@KonradRudolph - ciało zawsze zużywa trochę energii, ale energia, którą organizm zużywa podczas snu, jest ułamkiem energii potrzebnej do czuwania / polowania / itp.
@nico - znalazłem fragment książki- [tutaj] (http://www.trentu.ca/admin/specialneeds/learninginnovations/thinkingandlearning/public/Unit13%20-%20Sleep%20and%20Learning%20Handout.pdf)
@Innab Nie ma znaczenia, że ​​koszt energii to tylko ułamek. Ważne jest to, że w ogóle istnieje. Policz, * nigdy * nie będzie korzystne odpoczywanie zamiast spędzania tego samego czasu na polowaniu, ponieważ bilans energetyczny netto polowania jest * dodatni * (tj. Pobór energii, a nie wydatek), więc w sumie odpoczynek zawsze wyda więcej energii niż polowanie.
@KonradRudolph z pewnością ma to miejsce tylko w przypadku udanego polowania - dlatego sen może być * mniej niekorzystny * pod względem wydatku energetycznego, jeśli szanse na udane drapieżnictwo o określonej porze dnia są mocno skumulowane.
# 2 nie dotyczy również zwierząt nocnych; zwłaszcza zwierzęta, które są aktywne o różnych porach dnia, aby uniknąć drapieżników.
#4
+2
John
2019-09-27 21:52:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Dlaczego sen się utrzymuje, jest dość łatwy, nie wiadomo, dlaczego jest potrzebny.

Sen wydaje się być niezbędny w każdym organizmie z mózgiem, czyli w każdym organizmie koncentracji neuronów. Wtedy zaprzeczono, że organizmy umierają. Więc wszystko, co musi się wydarzyć, to to, że korzyści z mózgu przewyższają koszt snu.

Długość potrzebnego snu jest skorelowana z rozmiarem mózgu, przynajmniej część snu REM, pozostałe części są skorelowane z tempem metabolizmu. Teraz może to być pozornie zagmatwane w większych złożonych mózgach (zwłaszcza ptaków i ssaków), gdy organizmy zaczynają fałdować mózg w celu zwiększenia gęstości neuronów bez zwiększania ogólnego rozmiaru. W tym przypadku organizmy te zwiększają „rozmiar” mózgu bez powiększania mózgu, poprzez zwiększanie gęstości. Gorzej, że niektóre organizmy „śpią” przez długi czas, ale tylko niewielka część tego czasu obejmuje aktywność neuronalną związaną ze snem (np. REM), sen u bardziej złożonych zwierząt (tych z bardzo dużymi, złożonymi mózgami) zawiera wiele funkcji.

W organizmach z małymi mózgami i powolnym metabolizmem (czyli najwcześniejszych rzeczach z mózgami) sen nie zajmuje dużo czasu, więc koszt jest minimalny, a korzyści z mózgu (a tym samym uczenia się) mogą być wysokie. Później, gdy mózgi stają się większe, koszt rośnie, ale rośnie też korzyść, jeśli możliwe było zatrzymanie mózgu bez potrzeby snu, do którego powinien zostać wybrany na tym etapie. Dlatego też potrzeba snu jest najprawdopodobniej czymś fundamentalnym dla funkcjonowania neuronów i nie można jej zmienić bez poważnego zakłócenia ich funkcji. Nierzadko zdarza się, że niekorzystne rzeczy zostają ewolucyjnie zablokowane w ten sposób, koszt ich zmiany (w tym przypadku utrata funkcji mózgu) jest znacznie większy niż koszt snu, więc selekcja utrzymuje go na bieżąco.

Teraz złożoność snu ma sens, jeśli masz już wymagany okres przestoju, sensownym jest ewolucyjne zajęcie się czymkolwiek innym, co najlepiej byłoby zrobić w tym czasie. Lepiej jest używać wyzwalaczy i czasu do istniejących działań związanych z przestojami dla innych, które zostaną dodane, a następnie mieć jeszcze więcej przestojów. Więc teraz mamy mnóstwo zagmatwanych czynników, które mętnie studiują i utrudniają określenie, które części są niezbędne.

Nie wiemy, dlaczego sen jest konieczny , jest wiele pomysłów, ale niewiele dowodów. Biorąc pod uwagę złożoność snu, nie jest to zaskakujące, ustalenie, które funkcje są fundamentalne, nie jest łatwe. Istnieje obecnie tendencja do usuwania metabolitów, które zaburzają funkcje nerwowe, wydaje się, że proces ten wysoce destrukcyjny dla mózgu, jeśli mózg nie śpi, do tego stopnia, że ​​po prostu wyłącza jego aktywność ( zwłaszcza ruchu) jest znacznie bezpieczniejsza dla organizmu. Ale tak jak w przypadku wszystkich badań jest to bardzo wstępne, a sen jest słabo rozumiany, więc akceptacja jest i powinna być bardzo niepewna.



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...