Снится ли осьминогу жена рыбака? Как исследуют сон головоногих, чтобы понять, зачем спят люди

Почти все живые существа (за исключением, возможно, одноклеточных организмов) спят. Но мы точно не знаем почему. Ученые полагают, что сон способствует работе памяти, росту и обучению — и нет никаких сомнений, что люди нуждаются в сне, чтобы функционировать должным образом. Но, помимо этого, нам мало что известно.

Нейробиолог Маркос Фрэнк из Университета штата Вашингтон сравнивает сон с загадочным органом, существование и важная роль которого очевидны, но функция и механизм работы по-прежнему неясны.

Еще более интересен тот факт, что некоторые организмы имеют только одно состояние сна, во время которого их мозг по большей части бездействует, тогда как другие проходят через две стадии: стадию бездействия и стадию активности. У людей активная фаза сна называется фазой быстрого сна, или REM-фазой. Находясь в ней, мы видим сны и тяжелее всего просыпаемся.

Прежде ученые никогда не изучали эту стадию сна у амфибий и рептилий. Поэтому до недавнего времени считалось, что она возникла на более поздних этапах эволюции. Но в 2016 году активная фаза сна была обнаружена у ящериц, а в 2019-м то же открытие было сделано в отношении каракатиц. И вот в марте этого года бразильские биологи опубликовали в журнале iScience статью, описывающую REM-фазу у осьминогов.

Поскольку головоногие как класс сформировались задолго до появления общих предков птиц и людей, это заставило ученых задуматься о том, что, возможно, быстрая фаза сна более распространена, чем считалось ранее, и развилась у разных видов в разное время, так же как крылья и способность летать вырабатывались насекомыми, летучими мышами и птицами независимо друг от друга. Такие процессы получили название конвергентной эволюции.

«Если мы сможем понять, благодаря каким факторам возникла данная адаптация и в каких генах она закодирована, нам станет яснее и то, какую роль сон играет в функционировании нервной системы», — объясняет Сидарта Рибейру, соавтор исследования и директор Института мозга при Федеральном университете Риу-Гранди-ду-Норти.

Чтобы узнать функцию сна в жизни животных, нужно сперва определить, когда именно они спят. А это труднее, чем кажется. «Представьте себе, что вы обнаружили на Марсе живой организм, — говорит Маркос Фрэнк. — Как понять, спит он или нет?»

В случае с млекопитающими ученые могут вживить в их мозг электроды для отслеживания нейронной активности. Но центральная нервная система осьминогов очень разветвленная. Вместо одного мозга у них восемь ганглий в щупальцах, которые могут функционировать независимо друг от друга.

Вот почему коллеги Рибейру обратились к поведенческим особенностям осьминогов. Для начала Сильвия Медейруш, аспирантка и ведущий автор исследования, измерила порог возбудимости этих существ. Трое подопытных осьминогов из четырех получили визуальный стимул — видеозапись движущегося краба. Для четвертого был выбран вибрационный стимул в виде легкого постукивания по аквариуму. Медейруш хотела проверить, как быстро они отреагируют на раздражитель в состоянии бодрствования. Затем она повторила тест, когда казалось, что они бездействовали, и снова измерила скорость реакции. Медленная реакция свидетельствовала о глубоком сне.

Команда исследователей также направила камеры на спящих осьминогов, чтобы наблюдать за изменениями узоров на их коже.

В состоянии бодрствования осьминоги меняют окрас во время брачных игр, борьбы за территорию и попыток укрыться от хищников. Во всех этих случаях смена окраса связана с происходящим вокруг. «Мы установили, что смена окраса спящего осьминога не имеет никакого отношения к внешним стимулам», — говорит Медейруш. Так как мотонейроны контролируют изменения окраса, добавляет она, узоры, появляющиеся во время сна, могут быть связаны со сновидениями.

В статье описывается кратковременное состояние, во время которого одна половина осьминога была полностью белой, а вторая — полностью черной. Такой окрас обычно появляется во время ухаживаний или борьбы за территорию. Поскольку животные очевидным образом не делали ни того ни другого, исследователи предположили, что осьминоги, возможно, видели сны об этих событиях. Но есть и другое объяснение: так как эти изменения наблюдались не во время стадии самого глубокого сна, они могли означать состояние сонливости.

Несмотря на то, что в исследовании участвовало всего четыре осьминога, такой размер выборки нормален для исследований подобного рода, говорит Тереза Иглесиас, зоолог-бихевиорист из Окинавского института науки и технологий; она была ведущим автором исследования каракатиц в 2019 году. По ее словам, результаты эксперимента надежны, так как изменения наблюдались неоднократно.

Иглесиас уверяет, что «есть все больше доказательств» в пользу того, что головоногие видят сны. Во время своего эксперимента с каракатицами она столкнулась с трудностями, пытаясь определить, когда они спали. После недели безрезультатных наблюдений она решила просмотреть видеозаписи и найти какие-нибудь неочевидные индикаторы. Именно тогда она заметила изменения в узорах на их коже. Как и в случае с осьминогами, эти изменения не соответствовали типичным реакциям на происходящее в окружающей среде. «Наблюдаемые изменения окраса — это проявления нейронной активности на поверхности кожи», — говорит Иглесиас.

Но сновидения головоногих могут отличаться от человеческих сновидений. Бразильская команда исследователей обнаружила, что активная фаза сна у осьминогов продолжается не дольше минуты, в то время как у людей она может длиться час.

Более долгая REM-фаза сна делает возможными сновидения со сложными и запутанными сценариями, множеством персонажей и символическим значением. Если осьминоги действительно видят сны, говорит Медейруш, то они, скорее всего, очень короткие и больше напоминают анимированные GIF-изображения. Сны каракатиц, вероятно, еще короче.

Даже будучи столь непродолжительной, активная фаза сна подвергает осьминогов опасности. Глубокий сон делает животных уязвимыми и не позволяет заметить приближение хищника, а в случае с осьминогами — еще и мешает их маскировке.

Наличие такой рискованной адаптации говорит о том, что она обеспечивает некое эволюционное преимущество, утверждают исследователи. Рибейру считает, что активная фаза сна — это период взаимодействия разных участков мозга, способствующий укреплению связей между нейронами и переходу информации о пережитых событиях из краткосрочной памяти в долгосрочную.

Он отмечает, что, согласно исследованиям, птицы во время активной фазы сна репетируют свои песни. Даже простая дрозофила, которая проявляет признаки активного сна, наделена мозгом, состоящим из многих частей, между которыми необходимо устанавливать связи.

Вполне возможно, что сны видят и многие другие виды животных, только мы об этом не знаем. К тому же, отмечает Иглесиас, ученые распознают фазы сна по таким признакам, как быстрые движения глазных яблок и снижение порога возбудимости, но может оказаться, что у некоторых животных активная фаза сна проявляется иначе, чем у людей.

Медейруш и Рибейру уже приступили к дальнейшим исследованиям. Теперь они хотят проверить, помогает ли осьминогам состояние сна усваивать информацию и приобретать новые умения и будут ли они вынуждены спать дольше, если в предыдущую ночь их лишили сна. Эта информация позволит понять, выполняет ли сон у осьминогов ту же функцию, что и у людей. Возможно, мы так никогда и не узнаем наверняка, видят ли сны осьминоги, дрозофилы и птицы и что им снится. «Мы можем быть уверены только в том, что сны видят люди, — говорит Фрэнк, — так как они могут об этом рассказать».