Όλοι χρειάζονται ύπνο: οι άνθρωποι καθώς και άλλα ζώα με νευρικό σύστημα. Οι άνθρωποι κοιμούνται περίπου περίπου το ένα τρίτο της ζωής τους. Ο σωστός ύπνος στις κατάλληλες ώρες – ποιότητα ύπνου – είναι ζωτικής σημασίας για την καλή υγεία και απαραίτητος για την επιβίωση. Ο ύπνος είναι μια πολύπλοκη διαδικασία που επηρεάζει ολόκληρο το σώμα. Είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη του εγκεφάλου και τη διατήρηση των οδών που είναι απαραίτητες για τη μνήμη και τη μάθηση. Ο ύπνος βοηθά επίσης στην υποστήριξη της καλής λειτουργίας της καρδιάς, των πνευμόνων, του ανοσοποιητικού συστήματος, των μεταβολικών διεργασιών και της άμυνας των ασθενειών. Ο κίνδυνος για την ανάπτυξη χρόνιων ασθενειών όπως ο διαβήτης τύπου 2, οι καρδιαγγειακές παθήσεις, η παχυσαρκία και η κατάθλιψη είναι μεγαλύτερος με τον ανεπαρκή ύπνο. Οι κιρκάδιοι ρυθμοί και η ομοιόσταση ύπνου-εγρήγορσης είναι εσωτερικοί βιολογικοί μηχανισμοί που ελέγχουν από κοινού τον χρόνο, τη διάρκεια και την ποιότητα του ύπνου.
Οι κιρκάδιοι ρυθμοί είναι κύκλοι 24 ωρών, οι οποίοι μερικές φορές συγχρονίζονται με εξωτερικές ενδείξεις, όπως το φως, που ελέγχουν τον χρόνο ύπνου, τη θερμοκρασία του σώματος, την απελευθέρωση ορμονών και τον μεταβολισμό. Η ομοιόσταση ύπνου-εγρήγορσης προκαλεί το σώμα να αισθάνεται κουρασμένο όταν χρειάζεται ύπνο. Οι ανάγκες ύπνου των ανθρώπων ποικίλλουν ανάλογα με την ηλικία, με το μέσο νεογέννητο να απαιτεί 14-17 ώρες και τον μέσο ενήλικα 7 ή περισσότερες ώρες τη νύχτα. Η διάρκεια του ύπνου μπορεί να διαφέρει δραστικά μεταξύ των ειδών, που κυμαίνεται από 2 ώρες για τους ελέφαντες έως 17 ώρες για τον πίθηκο. Η προκαταρκτική έρευνα σε ζωικά μοντέλα υποδηλώνει ότι βλάβες του DNA στα νεύρα συσσωρεύονται κατά τις περιόδους εγρήγορσης, με την αποκατάσταση να συμβαίνει κατά τη διάρκεια του ύπνου. Ωστόσο, ποιοι κυτταρικοί μηχανισμοί ξεκινούν την ομοιόσταση ύπνου-εγρήγορσης παραμένει ένα μυστήριο.
Γιατί κοιμόμαστε;
Αυτό οδήγησε τους ερευνητές να πραγματοποιήσουν μια σειρά πειραμάτων σε προνύμφες ψαριών ζέβρα για να εντοπίσουν τα κυτταρικά ερεθίσματα πίσω από την ομοιόσταση ύπνου-εγρήγορσης και τον ρόλο του ύπνου στη διευκόλυνση της επιδιόρθωσης του DNA. Ο καθηγητής Lior Appelbaum από το Πανεπιστήμιο Goodman Faculty of Life Sciences Bar-Ilan και συγγραφέας της μελέτης εξήγησε ότι η βλάβη στο DNA συμβαίνει λόγω φυσιολογικών διεργασιών που σχετίζονται με τη νευρική δραστηριότητα, όπως η σκέψη. Ο καθηγητής Appelbaum είπε επίσης ότι ο ύπνος είναι μια ενδιαφέρουσα δραστηριότητα από εξελικτικής προοπτικής, επειδή η επιβίωση είναι σε κίνδυνο κατά τη διάρκεια του ύπνου. Άρα, πρέπει να υπάρχει ένα «κόστος» κατά τη διάρκεια της ημέρας που οδηγεί στον ύπνο: Άρα λοιπόν, γιατί κοιμόμαστε και ακόμη περισσότερο, γιατί είμαστε κουρασμένοι; Ποιο είναι το κόστος της εγρήγορσης;
Όπως είπε ο καθηγητής χρησιμοποιήσαμε το ψάρι ζέβρα επειδή επιδέχεται γενετικούς χειρισμούς και εξακολουθεί να είναι σπονδυλωτό, πράγμα που σημαίνει ότι ο εγκέφαλός του είναι […] παρόμοιος με των θηλαστικών ή ακόμα και με τον άνθρωπο, στη δομή και τη λειτουργία του. […] Επιπλέον, οι προνύμφες των ψαριών ζέβρα είναι ενεργές κατά τη διάρκεια της ημέρας και τα πρότυπα ύπνου τους μοιάζουν πολύ με αυτά των θηλαστικών. Οι επιστήμονες μέτρησαν αρχικά την ελάχιστη ποσότητα ύπνου που απαιτείται για τη μείωση της κούρασης ή την ομοιοστατική πίεση ύπνου, επιτρέποντας επαρκή χρόνο για την επιδιόρθωση του DNA. Οι επιστήμονες αναρωτήθηκαν, «ποιος είναι ο βέλτιστος χρόνος που χρειάζεται ένα ψάρι για να κοιμηθεί για να επιδιορθώσει το DNA του, εξήγησε ο καθηγητής Appelbaum.
Για να το ανακαλύψουν, εξέθεσαν τις προνύμφες του ψαριού ζέβρα στο φως μετά από διαφορετικές περιόδους σκότους και διαπίστωσαν ότι ήταν απαραίτητες τουλάχιστον 6 ώρες συνεχούς ύπνου για να μειωθεί η ομοιοστατική πίεση. Στη συνέχεια, οι ερευνητές αξιολόγησαν τον αριθμό των ωρών ύπνου που χρειάζονταν οι προνύμφες για να ομαλοποιήσουν τα επίπεδα βλάβης στο DNA που αποδείχθηκαν στην προηγούμενη μελέτη τους. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι 6 ώρες ήταν αρκετές για τις προνύμφες των ψαριών για να αντιστρέψουν τη βλάβη στο DNA που συνέβη ενώ ήταν ξύπνιες. Όταν οι προνύμφες των ψαριών ζέβρα κοιμόντουσαν λιγότερο από 6 ώρες, συνέχισαν να κοιμούνται ακόμα και μετά την έκθεση στο φως της ημέρας. Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η βλάβη του νευρωνικού DNA υπαγορεύει πόσος ύπνος χρειάζεται για να ξεπεραστεί η κούραση.
Σε ξεχωριστά πειράματα, οι ερευνητές προκάλεσαν στη συνέχεια βλάβη στο DNA στις προνύμφες των ψαριών διεγείροντας τη δραστηριότητα των νεύρων και εκθέτοντας τις προνύμφες στο υπεριώδες φως. Ανακάλυψαν ότι η βλάβη στο DNA που προκαλείται από το υπεριώδες φως και τη διέγερση των νεύρων προκάλεσε επίσης ύπνο στις προνύμφες του ψαριού ζέβρα, υποστηρίζοντας την υπόθεση. Άλλα πειράματα πρότειναν ότι η βλάβη του DNA αύξησε τη δραστηριότητα των μονοπατιών επιδιόρθωσης και τη δυναμική των χρωμοσωμάτων, προωθώντας την αποτελεσματική επιδιόρθωση κατά τη διάρκεια του ύπνου. Στη συνέχεια, οι ερευνητές διεξήγαγαν πειράματα για να αποκαλύψουν το ρόλο μιας επισκευαστικής πρωτεΐνης που ονομάζεται PARP1 σε προνύμφες των ψαριών ζέβρα και ποντίκια. Ο Δρ Appelbaum εξήγησε ότι το PARP1 είναι ένας «ανιχνευτής βλάβης DNA [που] λειτουργεί σαν κεραία. Επιστρατεύει […] πρωτεΐνη επισκευής και όποτε έχετε […] αρκετή PARP1, προκαλεί συμπεριφορά ύπνου και, στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια του ύπνου το σύστημα επιδιόρθωσης, [έτσι] μπορείτε να ξεκινήσετε τη νέα μέρα με μια “βασική ποσότητα βλάβης” στο DNA».
Οι επιστήμονες επισημαίνουν ότι τα ευρήματα μπορεί να παρέχουν τη δυνατότητα για μελλοντική έρευνα σε ανθρώπους με νευροεκφυλιστικές διαταραχές που συνδέονται με διαταραχές ύπνου, όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ.