Γιατί η ζέστη μας προκαλεί ύπνο

Η επίδραση της θερμοκρασίας στον ύπνο μπορεί να είναι αρκετά ακραία

Νέα μελέτη αμερικανών επιστημόνων αποκαλύπτει στη μύγα των φρούτων ένα εγκεφαλικό κύκλωμα-«θερμόμετρο» που «προγραμματίζει» τη μεσημεριανή σιέστα τις ζεστές μέρες.

Η θερμοκρασία επηρεάζει το εύρος της ανθρώπινης συμπεριφοράς, από τα επίπεδα διατροφής και δραστηριότητας έως τους κύκλους ύπνου-αφύπνισης. Νευροβιολόγοι του Πανεπιστημίου Northwestern στις ΗΠΑ σε μια νέα μελέτη τους, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Current Biology, διαπιστώνουν ότι η μύγα των φρούτων-το δημοφιλές αυτό πειραματόζωο (Drosophila melanogaster)-έχει προγραμματιστεί  από τη φύση του να παίρνει έναν υπνάκο στη μέση της ημέρας. Οι ίδιοι ερευνητές σε προηγούμενη δημοσίευση το 2020 είχαν εντοπίσει έναν μηχανισμό- «θερμόμετρο» εγκεφάλου που ενεργοποιείται σε κρύες καιρικές συνθήκες  και τώρα διερευνούν ένα παρόμοιο νευρικό κύκλωμα για υψηλές θερμοκρασίες.

«Η επίδραση της θερμοκρασίας στον ύπνο μπορεί να είναι αρκετά ακραία. Σκεφτείτε μερικά ζώα που αποφασίζουν να κοιμηθούν μια ολόκληρη εποχή, όπως μια αρκούδα. Ωστόσο, τα συγκεκριμένα κυκλώματα του εγκεφάλου που ρυθμίζουν την αλληλεπίδραση μεταξύ θερμοκρασίας και κέντρων ύπνου παραμένουν σε μεγάλο βαθμό αχαρτογράφητα», σχολιάζει ο Marco Gallio, αναπληρωτής καθηγητής νευροβιολογίας στο Weinberg College of Arts and Sciences.

Ο Gallio που ηγήθηκε της μελέτης  υποστηρίζει ότι οι μύγες των φρούτων είναι ένα ιδιαίτερα καλό πειραματικό μοντέλο για να απαντηθούν μεγάλα ερωτήματα όπως το «γιατί κοιμόμαστε» και «πώς επιδρά ο ύπνος στον εγκέφαλο», αλλά και για να μελετηθεί η επιρροή εξωτερικών παραγόντων όπως το φως και η θερμοκρασία στα κυτταρικά μονοπάτια. H κατανόηση πολλών βιολογικών διαδικασιών στις φρουτόμυγες βοηθά στην κατανόηση των αντίστοιχων διαδικασιών και σε άλλους ευκαρυώτες, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων.

Οι ερευνητές είναι οι πρώτοι που εντόπισαν υποδοχείς «απόλυτης θερμότητας» στο κεφάλι της μύγας, οι οποίοι ανταποκρίνονται σε θερμοκρασίες πάνω από περίπου 77 βαθμούς Φαρενάιτ  (η αγαπημένη θερμοκρασία της μύγας). Όπως αποδεικνύεται, η κοινή εργαστηριακή μύγα φρούτων (Drosophila) έχει αποικίσει σχεδόν ολόκληρο τον πλανήτη και δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι η αγαπημένη της θερμοκρασία ταιριάζει  με αυτή πολλών ανθρώπων.

Ακριβώς όπως περίμεναν οι ερευνητές με βάση τα αποτελέσματα της προηγούμενης εργασίας τους για την αντίδραση του εγκεφάλου στο ψυχρό, οι εγκεφαλικοί νευρώνες που λαμβάνουν πληροφορίες για τη θερμοκρασία είναι μέρος του ευρύτερου συστήματος που ρυθμίζει τον ύπνο. 

Οι εσωτερικοί θερμοαισθητήριοι νευρώνες που βρίσκονται εντός της κεφαλής της μύγας (οι νευρώνες AC 1 ) λειτουργούν ως θερμόμετρο ευαίσθητο στις θερμοκρασιακές αλλαγές. Οι AC εμφανίζουν σταθερούς ρυθμούς πυροδότησης που κλιμακώνονται με απόλυτη θερμοκρασία , αλλά μόνο για τιμές πάνω από την προτιμώμενη θερμοκρασία της μύγας ~25°C (δηλαδή, «καυτή» θερμοκρασία). 

Όταν το κύκλωμα για τη ζέστη, το οποίο λειτουργεί παράλληλα με το κύκλωμα του ψύχους, είναι ενεργό, τα κύτταρα-στόχοι που προάγουν τον μεσημεριανό ύπνο παραμένουν ενεργά για περισσότερο χρόνο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την παράταση της σιέστας που κρατά τις μύγες μακριά από τη ζέστη.

Η μελέτη στηρίχθηκε σε μια 10ετή ερευνητική πρωτοβουλία που παρήγαγε τον πρώτο ολοκληρωμένο χάρτη νευρωνικών συνδέσεων σε μια μύγα και όχι μόνο, ο οποίος ονομάζεται connectome. Με το connectome, οι ερευνητές έχουν πρόσβαση σε ένα σύστημα υπολογιστή που τους  δείχνει όλες τις πιθανές εγκεφαλικές συνδέσεις για καθένα από τα ~ 100.000 εγκεφαλικά κύτταρα της μύγας. 

Ωστόσο, ακόμη και με αυτό το εξαιρετικά λεπτομερές «διάγραμμα καλωδίωσης», οι ερευνητές έπρεπε ακόμα να κατανοήσουν το  πώς οι πληροφορίες στον εγκέφαλο πηγαίνουν από το σημείο Α στο Β. Αυτή η νέα μελέτη συμβάλλει στην κάλυψη αυτού του κενού.

Τα διαφορετικά νευρωνικά κυκλώματα για θερμές  και χαμηλές θερμοκρασίες έχουν νόημα για τον Gallio και την ομάδα του, επειδή το κρύο και το ζεστό επηρεάζει διαφορετικά τη φυσιολογία και τη συμπεριφορά των ζώων. 

Για παράδειγμα, η πιθανότητα ότι τα εγκεφαλικά κέντρα του ύπνου μπορεί να στοχεύονται απευθείας στους ανθρώπους από ένα συγκεκριμένο αισθητήριο κύκλωμα είναι πλέον ανοιχτό προς διερεύνηση βάσει αυτής της εργασίας. Αυτός ο διαχωρισμός μπορεί επίσης να αντανακλά εξελικτικές διαδικασίες που βασίζονται στους κύκλους θερμότητας και ψυχρού της Γης.

Η ερευνητική ομάδα ενδιαφέρεται επίσης να μελετήσει τις μακροπρόθεσμες επιπτώσεις της θερμοκρασίας στη συμπεριφορά και τη φυσιολογία των ζώων για να κατανοήσει τον αντίκτυπο της υπερθέρμανσης του πλανήτη, εξετάζοντας πόσο προσαρμοστικά είναι τα είδη σε αλλαγές.

Πηγή: Nortthwestern University