Primitiva djur ska lösa sömnens gåta

Försöket med maneten Cassiopea på California Institute of Technology i USA är bara ett av flera som på senare år har lett fram till en överraskande slutsats: Även primitiva djur som saknar hjärna behöver sova.

Mycket tyder därför på att evolutionen utvecklade sömnen före hjärnan och att det ursprungligen var kroppens organ och celler som behövde den.

Sömn är ett grundläggande behov

Genom att studera de primitiva djurens sömn hoppas forskarna kunna lära sig mer om sömnens grundläggande funktion och därmed hitta den djupare orsaken till att vi själva tillbringar en tredjedel av våra liv i medvetslöst tillstånd. Samtidigt kan forskningen kanske leda till utveckling av läkemedel åt människor som lider av sömnlöshet.

Fram till millennieskiftet ansåg de flesta forskare att sömnen var förbehållen ryggradsdjuren. Hos däggdjur, fåglar och kräldjur definieras sömnen bland annat av medvetandeförlust, minskad reaktion på sinnesintryck och begränsade kroppsrörelser.

Hos dessa djurgrupper är sömnen enkel att påvisa. De sluter ögonen och aktiviteten i hjärnan, inte minst i hjärnbarken, förändras markant.

Svårare är det med exempelvis fiskar, som varken sluter ögonen eller har någon hjärnbark. Trots det är en minskad aktivitetsnivå och lägre känslighet för påverkan utifrån ett tydligt tecken på att fiskar faktiskt sover. På motsvarande vis har studier visat att även betydligt mer primitiva djur regelbundet uppnår ett sömnliknande tillstånd.

För de övriga djuren är sömnen lika viktig som den är för oss människor.

Vi känner alla igen känslan av att vara helt slutkörd och att inte fungera normalt efter en sömnlös natt. Efter en natt med dålig sömn känner vi ett fysiskt behov av att gå och lägga oss tidigare för att försöka ta igen den sömn som vi gått miste om genom att sova extra länge natten därpå.

Allt tyder på att sömnen är ett grundläggande behov på samma sätt som mat och vatten. Men medan vi känner till alla biologiska och biokemiska mekanismer som gör det nödvändigt för oss att äta och dricka, vet vi ännu bara lite grand om vad som verkligen ligger bakom sömnbehovet.

Något som förbryllar forskarna är det faktum att djurs sömnbehov är så olika stora. En människa sover i genomsnitt åtta timmar per dygn. Det står i skarp kontrast till dels elefanten, som nöjer sig med två timmar, dels fladdermusen, som sover i hela 20 timmar.

För däggdjur som vi människor är sömnens betydelse för hjärnan numera väldokumenterad. Flera vetenskapliga studier har bland annat visat att en god natts sömn är viktig för minnet.

Vi vet också att hjärnan bokstavligt talat använder sömnen för att städa. År 2012 upptäckte neurovetaren Maiken Nedergaard vid University of Rochester i den amerikanska delstaten New York det så kallade glymfatiska systemet, som städar hjärnan under sömnen.

Systemet skapar rytmiska sammandragningar av hjärnans blodkärl, så att en vätska pumpas genom hjärnvävnaden. På så vis spolas hjärnan varje natt ren från slaggprodukter, som annars riskerar att orsaka Alzheimers sjukdom och Parkinsons sjukdom.

Både kroppen och hjärnan behöver sömn

Sömnen har därmed bevisligen en viktig funktion för hjärnan. Även resten av kroppen behöver dock sova. Om vi sover för lite går det till exempel ut över hormonbalansen, som styr uppbyggnaden av våra muskler. Kroppens celler får också svårare att producera proteiner.

Studierna med primitiva djur utan hjärna tyder på att sömnens ursprungliga syfte återfinns i just vissa grundläggande funktioner i kroppens celler.

Som de amerikanska försöken med maneten visade kunde maneterna drabbas av sömnbrist, vilket påverkade deras funktion dagen därpå. Liknande resultat fick en japansk forskare år 2020 genom att studera den endast centimeterlånga nässeldjursarten Hydra vulgaris.

Biologen Taichi Itoh vid Kyushu University observerade att djuren i allmänhet var något mer aktiva på dagen än på natten, men att de omkring var fjärde timme somnade och då inte rörde sig alls.

Under sömnen kunde djuren väckas av exempelvis en ljusglimt, men om de hade sovit i mer än 20 minuter och tycktes befinna sig i en slags djupsömn var de svårare att väcka.

När forskaren höll nässeldjuren vakna under en längre tid byggde de upp en sömnbrist som fick dem att sova mer efteråt. Effekten var dock störst om djuren stördes under de fyratimmarsperioder som inföll när det var mörkt.

Dessa resultat tyder på att Hydra vulgaris sömnmönster påverkas av både ljuset och en sorts inre fyratimmarsrytm som påminner om människans dygnsrytm.

Alla celler sover

Eftersom Hydra vulgaris saknar hjärna kan djurets sömnbehov inte bero på att hjärnan behöver städas eller att minnet behöver förbättras. I stället kom Taichi Itoh fram till att djurets celler delade sig långsammare ifall dess sömn stördes.

Sömnen tycks alltså vara viktig för att nässeldjuret ska växa och utvecklas. Avsaknaden av hjärna innebär också att sömnen och dess inverkan inte kan styras därifrån, utan troligen är ett lokalt fenomen i kroppen, det vill säga att det är de enskilda cellerna som sover.

År 2020 kom David Raizen vid University of Pennsylvania i USA fram till att något liknande gällde den lilla rundmasken Caenorhabditis elegans. Han konstaterade att rundmasken sällan sover, men att den när den ömsar skinn som ett led i sin utveckling tar en kort tupplur under några timmar.

Det tyder på att sömnen minskar rundmaskens energiförbrukning, så att alla resurser kan ägnas åt ömsningen.

På den punkten påminner rundmasken om bananflugorna. Även hos dem tycks sömnen vara avgörande för att upprätthålla energiomsättningen.

När bananflugor hindras från att sova ansamlas så kallade fria radikaler, som försämrar tarmens förmåga att ta upp näringsämnen. Det visade biologen Dragana Rogulja vid Harvard Medical School i Boston år 2020, och hon påvisade samma effekt av sömnbrist hos möss.

Tarmen var ett av de första organen som flercelliga djur utvecklade för hundratals miljoner år sedan och Dragana Rogulja misstänker att sömnen kan ha uppstått redan då för att skydda det nya, välgörande organet.

Den teorin har lett till spekulationer om huruvida djur som saknar tarmar också sover. Vissa forskare har därför försökt hitta tecken på sömn bland de primitiva svampdjuren, som varken har nervsystem, matspjälkningssystem eller blodomlopp.

Andra vill studera den ännu enklare, amöbaliknande djurstammen Placozoa, som består av endast fyra olika sorters celler, som ligger i två lager ovanpå varandra.

Tyvärr har inga forskare hittills lyckats hålla Placozoa levande i laboratoriemiljö, medan svampdjur rör sig så långsamt att deras beteende är svårt att studera. Vissa av dem kryper på havsbottnen med en topphastighet av endast fyra millimeter om dagen.

Om framtida försök visar att även svampdjur och Placozoa sover skulle det vara ett tecken på att sömnen är en grundläggande egenskap som kanske till och med är dygnsrytmens allra viktigaste beståndsdel.

Vissa forskare tror att vakenheten uppstod först många miljoner år efter det att de första djuren uppstod. Som sömnforskaren Paul Shaw vid Washington University in St. Louis i den amerikanska delstaten Missouri förklarade i tidskriften Science: ”Om ett djur lever så sover det också. Jag tror inte att det var sömnen som utvecklades. Det var vakenheten som utvecklades.”

Protein motverkar sömnbehovet

Medan vissa sömnforskare använder djurförsöken för att lösa gåtan om sömnens ursprung, försöker andra använda resultaten i människans tjänst. Studierna har nämligen visat att det finns en bred överlappning av de gener, signalsubstanser och proteiner som olika djur använder för att reglera sin sömn.

Det gäller bland annat proteinet Bmal1, som förekommer hos både möss och människor. Experiment har visat att ett tillskott av Bmal1 kan hålla möss vakna, trots att de har stor sömnbrist.

Denna upptäckt kan leda till utveckling av läkemedel åt personer som lider av sömnlöshet. Proteinet kan eventuellt motverka de skadeverkningar som brukar uppstå till följd av sömnbrist.

Och vem vet, kanske kan sådana läkemedel även användas av den som skulle vilja ha fler vakna timmar per dygn och därmed undvika att sova bort en tredjedel av livet.