Primitive dyr skal løse søvnens gåte

Forsøket ved California Institute of Technology ble utført på cassiopeamaneten og er bare ett i en rekke som de siste årene har ført fram til en overraskende konklusjon: Selv primitive dyr som ikke har noen hjerne, trenger å sove.

Mye tyder derfor på at evolusjonen fant opp søvn lenge før hjernen, og at det opprinnelig har vært kroppens organer og celler som trenger den.

Søvn er et fundamentalt behov

Ved å studere de primitive dyrenes søvn håper forskerne å lære mer om søvnens grunnleggende funksjon og dermed finne den dypere årsaken til at vi tilbringer en tredjedel av livet i bevisstløs tilstand. Samtidig kan forskningen kanskje føre til utviklingen av medisin for mennesker som lider av søvnløshet.

Fram til årtusenskiftet mente de fleste forskere at søvn var forbeholdt virveldyrene. Hos pattedyr, fugler og krypdyr defineres søvnen blant annet ved tap av bevissthet, nedsatt reaksjon på sanseinntrykk og begrenset bevegelse av kroppen.

Hos disse dyregruppene er søvnen lett å påvise. De lukker øynene, og aktiviteten i hjernen – ikke minst i hjernebarken – endrer seg markant.

Det er vanskeligere med for eksempel fisk. De lukker ikke øynene, og de har ingen hjernebark. Likevel er det nedsatte aktivitetsnivået og den lavere følsomheten overfor påvirkninger utenfra et tydelig tegn på at fisk sover. Tilsvarende viser forsøk at mer primitive dyr også trenger å gå inn i en søvnlignende tilstand med jevne mellomrom.

For dyrene er søvnen trolig like viktig som den er for mennesker.

Vi kjenner alle følelsen av å være helt ødelagt og ute av stand til å fungere normalt etter en søvnløs natt. Vi har også kjent behovet for å legge oss tidlig etter en urolig natt – og å forsøke å innhente den tapte søvnen ved å sove ekstra lenge neste natt.

Alt dette er tydelige tegn på at søvn er et fundamentalt behov, på samme måte som mat og vann. Vi kjenner alle de biologiske og biokjemiske mekanismene som gjør det nødvendig å spise og drikke, men vi vet fortsatt ikke så mye om hva som dypest sett fører til behovet for søvn.

Noe av det forskerne har lagt merke til, er at dyrs søvnbehov er helt ulike. Vi sover i gjennomsnitt åtte timer i døgnet, noe som står i skarp kontrast til elefanten, som nøyer seg med to timer, og flaggermusen, som sover i 20 timer.

For pattedyr er søvnens betydning for hjernen etter hvert veldokumentert. Flere vitenskapelige forsøk har blant annet slått fast at god nattesøvn er viktig for hukommelsen.

Vi vet også at hjernen bokstavelig talt utnytter søvnen til en grundig storrengjøring. I 2012 oppdaget Maiken Nedergaard ved universitetet i Rochester i New York det såkalte glymfatiske systemet som renser hjernen under søvnen.

Systemet skaper en rytmisk sammentrekning av hjernens blodårer slik at en egen rensevæske blir pumpet gjennom hjernevevet. Dermed blir hjernen hver natt spylt ren for avfallsstoffer som ellers kan føre til Alzheimers og Parkinsons sykdom.

Både kropp og hjerne krever søvn

Søvnen har dermed beviselig avgjørende funksjoner for hjernen. Men også resten av kroppen trenger søvn. Hvis vi sover for lite, går det for eksempel utover hormonbalansen som styrer oppbygningen av musklene våre, og kroppscellene får problemer med å produsere proteiner.

Forsøkene med primitive dyr uten hjerne tyder på at søvnens opprinnelige formål nettopp ligger i visse grunnleggende funksjoner i kroppscellene.

Som de amerikanske forsøkene med maneten avslørte, kunne manetene bli rammet av søvnunderskudd, noe som påvirket dem dagen etter. Lignende resultater kom en japansk forsker fram til i 2020 ved å studere den nesten 1 centimeter lange ferskvannspolyppen ved navn Hydra.

Biologen Taichi Itoh ved Kyushu-universitetet observerte at dyrene generelt var litt mer aktive om dagen enn om natten, men at de omkring hver fjerde time sovnet og ikke beveget seg i det hele tatt.

Under søvnen kunne dyrene vekkes av for eksempel et lysglimt, men hvis de hadde sovet i mer enn 20 minutter og befant seg i en slags dyp søvn, var de vanskeligere å vekke.

Når forskeren likevel holdt polyppdyrene våkne lenge, bygget de opp et søvnunderskudd som fikk dem til å sove mer senere. Men virkningen var størst hvis dyrene ble forstyrret under de søvnperiodene som foregikk i mørke.

Disse resultatene tyder på at Hydras søvnmønster både er påvirket av lyset og av en slags indre rytme som minner om vår egen døgnrytme.

Hver enkelt celle sover

Ettersom Hydra ikke har noen hjerne, kan ikke dyrets søvnbehov skyldes at hjernen skal renses eller at hukommelsen skal styrkes. I stedet fant Taichi Itoh ut at dyrets celler delte seg saktere hvis det ble holdt våkent.

Søvn er altså viktig for at et polyppdyr skal kunne vokse og utvikle seg. Fraværet av en hjerne betyr også at søvnen og virkningene av den ikke kan være styrt derfra, men sannsynligvis er et lokalt fenomen ute i kroppen, og at det altså er de enkelte cellene som sover.

Noe lignende kom fram i 2020, i et forsøk med den lille rundormen C. elegans. David Raizen ved universitetet i Pennsylvania observerte at rundormen sjelden sover, men når den skifter hud som et ledd i utviklingen sin, tar den en kort lur på et par timer.

Det tyder på at søvnen reduserer rundormens energiforbruk slik at alle ressurser kan brukes til hudskiftet.

På det punktet minner rundormen om bananfluen. Også her ser søvnen ut til å være avgjørende for å opprettholde energiomsetningen.

Når bananfluer ikke får sove, skjer en opphopning av såkalte frie radikaler som skader tarmens evne til å ta opp næringsstoffer. Det viste biologen Dragana Rogulja ved Harvard-universitetet i Boston i 2020, og hun påviste den samme effekten ved søvnmangel hos mus.

Tarmen var et av de første organene som flercellede dyr utviklet, for flere hundre millioner år siden, og Rogulja har mistanke om at søvnen kanskje oppsto allerede på det tidspunktet for å beskytte det nye organet.

Den teorien har ført til spekulasjoner om dyr uten tarmer også sover. Noen forskere har derfor lett etter tegn på søvn blant de svært primitive svampene, som verken har nervesystem, fordøyelsessystem eller blodsirkulasjon.

Andre vil studere de enda enklere placozoene, som består av bare fire ulike typer celler som ligger i to lag oppå hverandre.

Dessverre har ingen forskere så langt klart å holde placozoer i live i laboratoriet, og svampene beveger seg så sakte at atferden deres er vanskelig å studere. Noen av dem kryper over havbunnen med en topphastighet på bare 4 millimeter om dagen.

Hvis framtidige forsøk viser at selv svamper og placozoer sover, vil det være et tegn på at søvn er en helt grunnleggende egenskap som kanskje til og med er grunntilstanden i døgnrytmen vår.

Noen forskere mener til og med at den våkne tilstanden først oppsto mange millioner år etter at de første dyrene oppsto. Som søvnforskeren Paul Shaw ved Washington-universitetet i St. Louis har uttalt til tidsskriftet Science: «Hvis dyret lever, så sover det også. Jeg tror ikke vi fant opp søvnen. Vi fant opp våkenheten.»

Protein motvirker søvnbehovet

Mens noen søvnforskere bruker dyreforsøkene til å løse den grunnleggende gåten om søvnens opprinnelse, prøver andre å utnytte resultatene i menneskets tjeneste. Forsøkene har nemlig avslørt at det er mye felles i de genene, signalmolekylene og proteinene som ulike dyr bruker til å regulere søvnen.

Det gjelder for eksempel proteinet Bmal1, som finnes hos både mus og mennesker. Eksperimenter har vist at et tilskudd av proteinet kan holde mus våkne selv om de har et stort søvnunderskudd.

Den oppdagelsen kan føre til utvikling av medisiner for mennesker som lider av søvnløshet. Proteinet kan kanskje bøte på de skadevirkningene den manglende søvnen vanligvis medfører.

Og hvem vet om ikke medisinen også kan brukes av alle oss som vil ha flere våkne timer i døgnet – og unngå å sove vekk en tredjedel av livet.