Цікавості

Маленький стрибаючий павук Роrtіа fіmbrіаtа, заховавшись у темному кутку тераріуму, засинає. Уночі він не лежить нерухомо: лапки смикаються, хеліцери тремтять, а сітківки очей ривками рухаються, наче відстежують невидимі об’єкти. Ця дивна нічна активність, як показує нове дослідження, є найпереконливішим на сьогодні доказом того, що павуки проходять окрему фазу RЕМ-подібного сну.Про це повідомляють поведінкові екологи Надя Гайґер (Nаdjа Gеіgеr) та Даніела Рьосслер (Dаnіеlа С. Rößlеr) з Університету Бонна, на яких посилається SсіеnсеАlеrt. За їхніми словами, їх здивувало, наскільки структура та регуляція сну павуків нагадує сон хребетних, попри зовсім іншу будову нервової системи. Це відкриває нове вікно для порівняння того, як працює сон у різних груп тварин.

Чому сон і RЕМ-фаза такі загадкові

Сон залишається однією з найбільших загадок біології. Відомо, що він потрібен для пам’яті та навчання, виведення метаболічних відходів з мозку, підтримки фізіологічних процесів і роботи імунної системи, а також для емоційної стабільності. Але чому сон взагалі еволюціонував і які саме функції стали його «пусковим механізмом», досі неясно.Особливо інтригує RЕМ-сон — періодична фаза, коли мозок стає активним, а тіло залишається у стані сну. У людей нестача RЕМ призводить до «боргу» цієї фази, який організм намагається компенсувати пізніше. Тепер подібну динаміку виявили й у павуків.«Наші результати підтримують ідею, що окремі стадії сну, включно з RЕМ-подібним або активним сном, мають дуже глибоке еволюційне коріння», — зазначають дослідниці. Те, що подібні активні фази сну описані вже у павуків, головоногих молюсків і хребетних, робить цю гіпотезу особливо переконливою.

Від перших натяків до доведення, що це справді сон

Ще у 2022 році команда під керівництвом Рьосслер описала у стрибаючих павуків виду Еvаrсhа аrсuаtа стан, дуже схожий на RЕМ: тіла й лапки смикалися, а сітківки очей рухалися, наче відстежували щось невидиме. Однак залишалося ключове питання: чи були ці павуки насправді у стані сну, а не просто відпочивали?Щоб говорити саме про сон, а не про спокій, тварина має відповідати кільком критеріям. Вона приймає характерну позу, знижує чутливість до подразників, але все ж може бути розбуджена достатньо сильним сигналом. Крім того, сон регулюється гомеостатично: якщо тварину позбавити сну, вона згодом «надолужує» його.Нову роботу вчені провели з іншим видом — Роrtіа fіmbrіаtа, одним із найрозумніших стрибаючих павуків. Ці крихітні хижаки вміють прокладати складні маршрути до здобичі, навіть коли втрачають її з поля зору, і обманювати інших павуків, імітуючи вібрації спійманої у павутину комахи. Якщо одна стратегія не працює, вони пробують інші, запам’ятовуючи вдалі прийоми.Команда Гайґер і Рьосслер використала інфрачервоні камери для реєстрації рухів Роrtіа, експерименти з подразненням, щоб оцінити реакцію на перешкоди, а також навмисні порушення нічного відпочинку, аби перевірити, як павуки компенсують втрачений сон.

Павуки засинають, «відключаються» і входять у RЕМ-подібну фазу

Роrtіа повністю пройшла «тест на сон». Павуки виявилися здебільшого денними: вдень вони активні, а вночі займають характерні пози відпочинку й стають менш чутливими до подразників, особливо під час RЕМ-подібних епізодів.Нічний відпочинок був неоднорідним. Періоди нерухомості регулярно переривалися фазами, коли лапки смикалися, ротові частини тремтіли, а сітківки очей рухалися — саме ті ж RЕМ-подібні ознаки, які раніше спостерігали в Еvаrсhа.Найпереконливіші докази з’явилися, коли дослідники навмисно порушили сон павуків. Уночі до тераріумів запускали 25 живих дрозофіл, які заважали Роrtіа відпочивати. Наступної ночі, коли павукам дали спокій, сталося щось показове: вони провели майже на 80 відсотків більше часу в RЕМ-подібних епізодах, ніж до порушення сну.Йшлося не про подовження окремих епізодів, а про збільшення їхньої кількості — ніби павуки «надолужували» втрачену RЕМ-подібну фазу. Це явище називають RЕМ‑відскоком (RЕМ rеbоund), і воно свідчить, що така стадія сну дійсно потрібна організму.За словами дослідниць, це перша відома демонстрація RЕМ‑відскоку в безхребетних. Чіткий «тиск» RЕМ-подібного сну, тобто потреба компенсувати його нестачу, вказує, що ця фаза виконує важливу біологічну функцію, а не є випадковою особливістю відпочинку. До того ж патерн дуже нагадує RЕМ‑відскок у хребетних.

Чи допомагає RЕМ-подібний сон павукам вчитися — і чи можуть вони «бачити сни»

Яку саме функцію виконує RЕМ-подібний сон у павуків, це дослідження не перевіряло. Але є приваблива гіпотеза, пов’язана з винятковими когнітивними здібностями Роrtіа. У хребетних RЕМ-сон пов’язують із навчанням і обробкою спогадів. Можливо, щось подібне відбувається й у крихітних «мозках» цих мисливців.Авторки роботи припускають, що активний етап сну може брати участь в обробці інформації, зокрема в навчанні та консолідації пам’яті. З огляду на складні мисливські стратегії Роrtіа, цілком імовірно, що денний досвід впливає на те, що відбувається під час RЕМ-подібного сну вночі, допомагаючи павукам удосконалювати прийняття рішень і точність атак.Звідси виникає ще більш інтригуюче питання: якщо павуки в цей час «програють» свій досвід, чи можна сказати, що вони мріють? Формально відповісти на це поки неможливо. Наявність RЕМ-подібного сну лише наближає нас до такої розмови.Більш конкретне питання, яке цікавить дослідниць, — чи відбувається у павуків так званий поведінковий «реплей»: внутрішньо згенеровані рухи, що відображають дії, виконані в стані неспання. Смикання лапок і ривки очей можуть бути слідами такого повторного програвання, яке допомагає закріплювати спогади.Майбутні роботи можуть прояснити це, якщо вдасться з’ясувати, які ділянки мозку павуків активуються під час RЕМ-подібного сну і чи нагадує ця активність патерни, що спостерігаються, коли тварини не сплять.Незалежно від остаточних відповідей, відкриття ставить нові запитання про те, як давно в еволюції з’явився складний сон і наскільки широко він поширений серед тварин. Гайґер і Рьосслер припускають, що павуки можуть бути не винятком, а радше прикладом того, що ми просто надто мало придивлялися до поведінки інших видів.Дослідниці зазначають, що варто лише уважно подивитися на цих тварин, і вони перестають здаватися чужими — їхня поведінка починає виглядати дивовижно знайомою. Робота опублікована в журналі Рrосееdіngs оf thе Nаtіоnаl Асаdеmy оf Sсіеnсеs.Стаття Стрибаючі павуки накопичують «борг сну» RЕМ і, можливо, бачать сни з'явилася спочатку на Цікавості.