چرا به خواب نیاز داریم؟ جستجوی پاسخ در میتوکندری!

ممکن است خواب چیزی بیش از استراحت برای ذهن باشد و شاید حتی وظیفه مهمی در نگهداری از سیستم‌های انرژی بدن هم داشته باشد. یک مطالعه جدید که توسط محققان دانشگاه آکسفورد انجام شده و در مجله Nature به چاپ رسیده، نشان می‌دهد که انگیزه خوابیدن به دلیل تجمع استرس الکتریکی در ساختارهای کوچکی به نام میتوکندری است که وظیفه تولید انرژی در سلول‌های مغزی را بر عهده دارند.

این یافته یک توضیح فیزیکی مشخص برای نیاز بیولوژیکی به خواب ارائه می‌دهد و این پتانسیل را دارد که تفکر علمی درباره خواب، پیری و اختلالات عصبی را تغییر دهد.

میتوکندری و عدم تعادل انرژی

این تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور جرو میسنبوک از گروه فیزیولوژی، آناتومی و ژنتیک (DPAG) و دکتر رافائله سارناتارو در مرکز مدارهای عصبی و رفتار آکسفورد کشف کردند که خواب زمانی آغاز می‌شود که مغز به یک عدم تعادل جزئی در انرژی پاسخ می‌دهد. نقش اصلی در این فرآیند بر عهده میتوکندری است؛ اندامک‌های میکروسکوپی که اکسیژن و غذا را به انرژی قابل استفاده تبدیل می‌کنند.

در نورون‌های تنظیم‌کننده خواب که در مگس‌های سرکه مورد مطالعه قرار گرفتند، میتوکندری‌هایی که بیش از حد بارگذاری شده‌اند، شروع به نشت الکترون می‌کنند. این نشت، محصولات جانبی مضری به نام گونه‌های فعال اکسیژن تولید می‌کند. این نشت به عنوان یک سیگنال عمل می‌کند که مغز را وادار به خواب می‌کند تا قبل از گسترش آسیب سلولی، تعادل دوباره برقرار شود.

دکتر سارناتارو می‌گوید:

شما نمی‌خواهید میتوکندری‌هایتان الکترون‌های زیادی نشت کنند. وقتی این اتفاق می‌افتد، مولکول‌های واکنش‌پذیری تولید می‌کنند که به سلول‌ها آسیب می‌زنند.

نورون‌ها به مثابه کلیدهای مینیاتوری

این تیم همچنین کشف کرد که نورون‌های ویژه‌ای مانند کلیدهای مینیاتوری عمل می‌کنند: آن‌ها نشت الکترون از میتوکندری‌ها را پایش کرده و به محض رسیدن به یک آستانه بحرانی، خواب را آغاز می‌کنند. دانشمندان با تغییر نحوه مدیریت انرژی در این سلول‌ها (چه با افزایش و چه با کاهش جریان الکترون)، توانستند به طور مستقیم میزان خواب در مگس‌های سرکه را کنترل کنند.

حتی جایگزینی الکترون‌ها با انرژی حاصل از نور (با استفاده از پروتئین‌های گرفته‌شده از میکروارگانیسم‌ها) هم تأثیر مشابهی داشت: انرژی بیشتر، نشت بیشتر و در نتیجه خواب بیشتر.

پروفسور میسنبوک می‌گوید:

ما تلاش کردیم بفهمیم خواب برای چیست و چرا اصلاً نیاز به خواب داریم. با وجود دهه‌ها تحقیق، هیچ‌کس یک محرک فیزیکی واضح را شناسایی نکرده بود. یافته‌های ما نشان می‌دهند که پاسخ ممکن است در همان فرآیندی نهفته باشد که به بدن ما سوخت می‌رساند: متابولیسم هوازی. ما در برخی از نورون‌های تنظیم‌کننده خواب کشف کردیم که میتوکندری‌ها (تولیدکنندگان انرژی سلول) زمانی که بیش از حد انرژی وجود دارد، الکترون نشت می‌کنند. وقتی این نشت بیش از حد بزرگ می‌شود، این سلول‌ها مانند کلیدهای مینیاتوری عمل کرده و سیستم را به خواب می‌برند تا از بار اضافی جلوگیری شود.

این یافته‌ها به توضیح ارتباطات شناخته‌شده بین متابولیسم، خواب و طول عمر کمک می‌کند. حیوانات کوچک‌تر که اکسیژن بیشتری به ازای هر گرم از وزن بدن مصرف می‌کنند، معمولاً بیشتر می‌خوابند و عمر کوتاه‌تری دارند. انسان‌هایی که از بیماری‌های میتوکندریایی رنج می‌برند، اغلب حتی بدون فعالیت بدنی دچار خستگی‌های ناتوان‌کننده می‌شوند که اکنون ممکن است با همین مکانیسم توضیح داده شود.

دکتر سارناتارو می‌گوید:

این تحقیق به یکی از بزرگ‌ترین رازهای زیست‌شناسی پاسخ می‌دهد. چرا به خواب نیاز داریم؟ به نظر می‌رسد پاسخ در همان شیوه‌ای نوشته شده است که سلول‌های ما اکسیژن را به انرژی تبدیل می‌کنند.

منبع: Scitechdaily