Нас срубает спать ещё из-за конкретных процессов в митохондриях — энергетических станциях наших клеток. Клетки уводят свои генераторы на техобслуживание.

Ещё одна работа про сон.

Во время бодрствования накапливается избыток пакетов с энергией — АТФ. Много таких пакетов в клетке — хорошо с точки зрения запаса энергии, но плохо с точки зрения образования свободных радикалов. Они стрёмные.

Во время сна клетки чинят свои митохондрии и восстанавливают метаболический баланс.

Взяли дрозофил, потому что их мозг и механизмы сна во многом похожи на человеческие, но при этом их гораздо проще изучать. Помните первую бессмертную муху из киберпанка, которую так подробно картографировали? Вот благодаря ей мы знаем всё больше и больше )

Сравнивали две группы мушек: тех, кто хорошо выспался, и тех, кого лишали сна на 12 часов (аккуратно встряхивая их пробирки).

Дальше из полученной кашицы секвенировали РНК одиночных клеток. Прочитали активность всех генов в каждой отдельной клетке мозга. Сосредоточились на очень маленькой группе нейронов (около 20), которые, играют ключевую роль в управлении сном. Это нейроны дорсального веерообразного тела.

— У невыспавшихся мушек резко повысилась активность генов, связанных с митохондриями.
— Снизилась активность генов, связанных с синапсами — местами контактов между нейронами.
— У отдохнувших мушек митохондрии были длинными и соединёнными в единую сеть. У невыспавшихся они разбились на множество отдельных фрагментов. Это признак клеточного стресса.
— Увеличилось количество митофагии (процесса, при котором клетка "съедает" и перерабатывает повреждённые митохондрии) и контактов между митохондриями и эндоплазматической сетью (из неё идёт починка мембран жирами).
— Все эти изменения исчезали, когда мушкам давали выспаться.

Самый прикол в том, что АТФ не падает, а растёт! При бодрствовании сонные нейроны подавляются другими системами мозга. Они неактивны и почти не тратят энергию. Однако, поскольку весь организм бодрствует и питается, митохондрии в этих нейронах продолжают производить энергию. Избыток АТФ засоряет дыхательную цепь переноса электронов в митохондриях. Электроны начинают "протекать" и соединяться с кислородом, образуя активные формы кислорода. А они уже повреждают белки, липиды и ДНК.

Давление сна — это сигнал о том, что в ключевых сонных нейронах накопился метаболический дисбаланс, который приводит к самоповреждению клеток.

— Если заставить митохондрии в сонных нейронах искусственно фрагментироваться, мушки спали меньше.
— Если заставить их сливаться, мушки спали больше и крепче.
— Если встроить в митохондрии специальный белок — альтернативную оксидазу — байпасс для сброса лишних электронов, то мушки спали гораздо меньше без вреда для себя.
— Заставили митохондрии работать вхолостую, производя тепло вместо АТФ (с помощью разобщающих белков Ucp4). Это также снизило давление сна.
— Встроили в митохондрии светочувствительный белок, который мог создавать энергию от света, минуя электронную цепь. Когда на мушек светили, их потребность в электронной энергии отпадала, и они немедленно засыпали.

Авторы проводят параллели со старением, которое также тесно связано с накоплением повреждений в митохондриях. Возможно, сон — это ежедневный механизм борьбы со старением на клеточном уровне.

Теперь самое крутое. Эти нейроны — они просто реализация таймера. Когда они перегружены, надо спать. На деле же повреждения накапливаются везде, но с разной скоростью и интенсивностью. Все активные клетки (включая большинство нейронов мозга) во время бодрствования тратят много энергии.

А тут в таймере митохондрии работают со 100% утилизацией, и когда радикалов много — это признак того, что пора техобслуживать везде.

Сон — окно для этого ремонта.

А раз есть окно, то можно накрутить и всякое другое полезное — например, это нормализации обучения.

Работу подсказал @vadikgo

--
Вступайте в ряды Фурье!
— А вот сейчас вы наблюдаете знаменитые египетские пирамиды, которые…
— Товарищ экскурсовод, а правда, что верблюд может не дышать три минуты?
— Нет, неправда.
— Лёха! Лёха! Отпускай его! Отпускай!