Mouchy unaví komunikace • Elena Naimark • Vědecké zprávy o „Prvcích“ • Biologie, psychologie, genetika
Skupina amerických vědců, která provedla experimenty na ovocných muškách, ukázala, že délka spánku ovocné mušky závisí na intenzitě „komunikace“ s jejími druhy: čím větší sociální skupina, tím delší je následný spánek. Přitom u much zbavených zraku a čichu se délka spánku nemění, bez ohledu na to, jak masivní je prostředí. Ve stejných experimentech bylo možné zjistit, že dopamin se podílí na regulaci délky spánku. Délka spánku se mění pod vlivem stejných genů, které jsou zodpovědné za tvorbu dlouhodobé paměti.
Jak výzkum v posledním desetiletí prokázal, téměř všechna mnohobuněčná zvířata spí. Spánek je nezbytný nejen pro člověka a jeho nejbližší evoluční příbuzné, savce, ale také pro želvy, ještěrky, ryby a dokonce i mouchy a šváby (viz Věda v síle spánku). Je překvapivé, že mouchy, stvoření tak odlišná od lidí, spí přibližně stejně dlouho, 7-8 hodin v noci a nějakou dobu v krátkých intervalech během dne. Stejně jako vyšší zvířata si mouchy, když jdou spát, udělají pohodlí, zaujmou specifickou pózu a přestanou se pohybovat a reagovat na vnější podněty. Nedávné studie navíc ukázaly, že mnoho podobných genů a proteinů se podílí na regulaci spánku u much a savců. To vedlo k tomu, že skupina amerických vědců z Ústavu neurobiologie v San Diegu a Washingtonské univerzity v St. Louis zvolila ovocné mušky Drosophila jako modelový objekt pro studium regulace délky spánku.
Jedním z faktorů ovlivňujících spánek je aktivita kontaktů s ostatními, jako jste vy. Aby vědci ověřili tento předpoklad, provedli řadu elegantních experimentů. Různé počty much byly umístěny do lahví a poté bylo měřeno množství spánku, které potřebovaly. Osamělé mouchy spaly znatelně méně než jejich sourozenci (aby se vyloučily účinky různých genotypů, porovnávali se pouze sourozenci). Pravda, rozdíl se projevil pouze v délce denního spánku, noční se nezměnil. Kdyby byla moucha unavená komunikací přemístěna do osamělé komory, její spánek by se brzy zkrátil. A naopak, pokud byl znuděný samotář zařazen do skupiny, pak se následný denní spánek takové mouchy prodloužil. Navíc čím větší skupina (a její velikost se pohybovala od 4 do 100 jedinců), tím větší byla potřeba spánku. To znamená, že po intenzivní komunikaci potřebují mouchy odpočinek. Jak je to povědomé nám, lidem, kteří jsou unaveni ruchem každodenních setkání!
Toto je délka denního a nočního spánku pro mouchy, které strávily den samy (I) a ve skupině (E). Je jasně patrné, že mouchy nucené ke kolektivní komunikaci spí více než jejich osamělé protějšky. Rýže. z citovaného článku v Věda
V další sérii experimentů vědci testovali, který komunikační kanál byl nejúčinnější při změně délky spánku – jinými slovy, které smyslové orgány se podílely na komunikaci v muší komunitě. Ukázalo se, že délka spánku u slepých mušek se po kolektivní komunikaci nemění. Totéž platí pro mouchy, které jsou jaksi ochuzeny o čich. Ale u hluchých mušek závisí délka spánku na velikosti skupiny přibližně stejně jako u zdravých mušek. To znamená, že zrak a čich hrají v komunikaci much důležitější roli než sluch.
Jaké biochemické mechanismy stojí za touto variabilitou délky spánku? Měření ukázala, že dopamin, jeden z mozkových neurotransmiterů, se podílí na regulaci tohoto procesu. V mozcích samotářských much bylo této látky třikrát méně než u členů velké skupiny. Roli dopaminu v regulaci délky spánku potvrdil další experiment: u mutantních mušek s neustále zvýšenou hladinou dopaminu se spánek nezkracuje při přesunu do osamocené komory.
Je také známo, že dopamin se podílí na tvorbě dlouhodobé paměti u různých živočichů, včetně bezobratlých. Připomeňme například, že nositel Nobelovy ceny Eric R. Kandel začal studovat dlouhodobou paměť u měkkýšů (viz 2000 laureátů Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu). Dopamin zvyšuje množství další signální látky, cyklického adenosinmonofosfátu (cAMP), čímž způsobuje kaskádu reakcí vedoucích ke změnám v počtu a konfiguraci synapsí. To vede ke spolehlivému zapamatování. Krátkodobá paměť se tvoří jinými mechanismy a bez účasti dopaminu.
Ukázalo se tedy, že u much Drosophila, jejichž dlouhodobá paměť byla trénována, se prodloužil i denní spánek. Některé geny podílející se na tvorbě dlouhodobé paměti u much navíc ovlivňují délku spánku. Pokud byly mouchy převedené ze skupiny do „osamělého“ spánku zkráceny, pak se u much mutantních pro geny dlouhodobé paměti délka spánku nezměnila. Tento efekt prokázalo 17 genů ze 43 zapojených do dlouhodobého učení. Většina z těchto 17 genů je exprimována (působí) v houbových tělech hlavového ganglia, stejných, které řídí intelektuální funkce u hmyzu (o funkcích hubových těl u vážek si můžete přečíst zde).
Nyní je tedy jasné, že komunikace je pro mouchy stejně náročná jako pro lidi a vyžaduje zvýšený odpočinek. Ze spletitého biochemického pozadí tohoto vztahu se nám podařilo vytáhnout konec jednoho vlákna – dopaminu. Na toto vlákno se váže nejen spánek a společenská aktivita, ale i dlouhodobá paměť. Pokud zatáhnete za jeden uzel, ostatní se pohnou také. Je jasné, že teprve začínáme zkoumat tuto biochemickou spleť, ale tady vědcům jistě pomůže dobrá znalost genomu modelového objektu a množství jeho mutantních variant.
PS Osobně mě při čtení tohoto článku zajímalo, jak se u much studuje dlouhodobá paměť. Nenuťte je recitovat „Borodino“ zpaměti, naučené ve stadiu kukly. Ukázalo se, že vědci našli chytré řešení. Dlouhodobá paměť se u samců much tvoří například v důsledku úspěšných či neúspěšných námluv se samicemi. Odmítnutí samci (kteří byli experimentátory záměrně požádáni, aby soudili např. již oplodněné samice) si své sexuální neúspěchy dlouho pamatují a v budoucnu jsou méně ochotní dvořit se i samicím připraveným k reprodukci. Právě tuto paměť použili specialisté v popisované studii.
Zdroj: Indrani Ganguly-Fitzgerald, Jeff Donlea, Paul J. Shaw. Prožitek z bdění ovlivňuje potřebu spánku u Drosophila // Věda, 2006. V. 313. č. 5794. S. 1775–1781.
Viz také:
William J. Joiner, Amanda Crocker, Benjamin H. White, Amita Sehgal. Spánek u Drosophily je regulován tělem dospělých hub // Příroda, 2006. V. 441, s. 757-760 (8. června 2006) – říká, jaké biochemické kaskádové reakce jsou zapojeny do řetězce trvání cAMP-spánku, a také nastiňuje odrazový můstek pro tyto akce – houbová těla nervového ganglionu v předním pohledu.