En ny studie ger en viktig inblick i sömnens utveckling och hur vi skulle kunna bygga en hjärna som inte behöver sova. Blind mexikansk grottfisk (Astyanax mexicanus) avbildad högst upp och en ytfisk avbildad längst ner.
Nästan alla djur som studerats behöver sova, men man vet lite om varför vissa djur sover större delen av dagen medan andra sover väldigt lite. Som ett resultat av att leva i totalt och permanent mörker på en liten plats i nordöstra Mexiko har den ögonlösa, småblinda mexikanska grottfisken (Astyanax mexicanus) utvecklat sömnlöshet och snöar betydligt mindre än sina flodlevande släktingar. Dessa fiskar har studerats i nästan 100 år för sina fascinerande egenskaper, men man vet fortfarande lite om hur deras beteende utvecklas. På grund av deras brist på sömn utgör de en utmärkt modell för att studera mänskliga sömnstörningar som sömnlöshet.
En ny studie som publicerats i eLife av neurovetare vid Charles E. Schmidt College of Science vid Florida Atlantic University ger nya insikter om sömnens evolution.
För studien fann forskarna att neuropeptiden hypokretin, som tidigare har varit inblandad i mänsklig narkolepsi, uttrycks i högre nivåer i grottfiskens hjärna. Medan förlust av hypokretin har visat sig orsaka narkolepsi i människo- och djurmodeller, har grottfiskar utvecklats för att ha högre nivåer av hypokretin, vilket resulterar i sömnlöshet.
”Dessa fynd tyder på att skillnader i hypokretinproduktion kan förklara variationen i sömn mellan olika djurarter, eller till och med mellan enskilda människor”, säger Alex Keene, Ph.D., försteförfattare och docent vid institutionen för biologiska vetenskaper, medlem av Jupiter Life Science Initiative och medlem av FAU Brain Institute. ”Det kan också ge viktiga insikter om hur vi kan bygga en hjärna som inte behöver sova.”
Forskarteamet, som leddes av Keene, satte sig för att avslöja mekanismerna bakom sömnförlust hos A. mexicanus för att ta reda på mer om hur brister i hypokretinsignalering är förknippade med förändrad sömn och narkolepsi, en kronisk sömnstörning som orsakar överväldigande sömnighet under dagen, i olika ryggradsorganismer.
För att åstadkomma detta genomförde Keene och hans team en jämförande studie bland hjärnceller från A. mexicanus yta och från grottfiskar. Deras resultat visar att antalet hypokretinceller i grottfiskar är betydligt högre än hos deras ytlevande släktingar.
Hypocretin, som tidigare varit inblandat i narkolepsi hos människor, uttrycks i högre grad i grottfiskens hjärna (A. mexicanus). Hjärnor från ytfiskar (vänster) och grottfiskar (höger) med det vakenhetsfrämjande hypokretinproteinet avbildat i grönt (nederst).
Nästan visade de att inhibering av hypokretinsignalering, genetiskt eller farmakologiskt, ökade sömnen hos grottfiskar, medan det hade mycket liten effekt på ytfiskar.
”En central fråga som vi måste ta oss vidare till är varför hypokretin fungerar på ett annorlunda sätt hos grottfiskar”, sade Keene. ”Vi vill förstå vilken fördel sömnförlust ger dessa fiskar i grottmiljön.”
Studieförfattare är Erik Duboue, Ph.D., biträdande professor i biologiska vetenskaper vid FAU:s Harriet L. Wilkes Honors College, och David Prober, Ph.D., professor i biologi vid California Institute of Technology.
”Hypocretin Underlies the Evolution of Sleep Loss in the Mexican cavefish,” kan läsas fritt online på https://elifesciences.org/articles/32637.
Den här studien stöds av utmärkelse 25762 från National Science Foundation till Keene.
-FAU-