Primitive dyr skal løse søvnens gåde

Forsøget på California Institute of Technology med Cassiopea-vandmanden er kun et i en række, som de senere år har ført frem til en overraskende konklusion: Selv primitive dyr, som ikke har nogen hjerne, har brug for at sove.

Meget tyder derfor på, at evolutionen opfandt søvn længe før hjernen, og at det oprindeligt har været kroppens organer og celler, som har brug for den.

Søvn er et fundamentalt behov

Ved at studere de primitive dyrs søvn håber forskerne at blive klogere på søvnens fundamentale funktion og dermed finde den dybere årsag til, at vi selv tilbringer en tredjedel af vores liv i bevidstløs tilstand. Samtidig kan forskningen måske føre til udviklingen af medicin til mennesker, som lider af søvnløshed.

Indtil årtusindskiftet mente de fleste forskere, at søvn var forbeholdt hvirveldyrene. Hos pattedyr, fugle og krybdyr defineres søvnen bl.a. ved tab af bevidsthed, nedsat reaktion på sanseindtryk og begrænset bevægelse af kroppen.

Hos disse dyregrupper er søvnen let at påvise. De lukker øjnene, og aktiviteten i deres hjerner – ikke mindst i hjernebarken – ændrer sig markant.

Sværere er det fx med fisk. De lukker ikke øjnene, og de har ingen hjernebark. Alligevel er det nedsatte aktivitetsniveau og den lavere følsomhed over for påvirkninger udefra et tydeligt tegn på, at fisk sover. Tilsvarende viser forsøg, at langt mere primitive dyr også har brug for jævnligt at lade sig lulle ind i en søvnlignende tilstand.

For dyrene er søvnen givetvis lige så vigtig, som den er for os selv.

Vi kender alle fornemmelsen af at være helt smadret og ude af stand til at fungere normalt efter en søvnløs nat. Vi har også på egen krop mærket behovet for at gå tidligere i seng efter en dårlig nattesøvn – og at forsøge at indhente den tabte søvn ved at sove ekstra længe den følgende nat.

Alt det er tydelige tegn på, at søvn er et fundamentalt behov på samme måde som mad og vand. Men hvor vi kender alle de biologiske og biokemiske mekanismer, som gør det nødvendigt at spise og drikke, ved vi endnu kun lidt om, hvad der dybest set fremkalder behovet for søvn.

Noget af det, som undrer forskerne, er, at dyrs søvnbehov er vidt forskellige. Vi sover i gennemsnit otte timer i døgnet, hvilket står i skærende kontrast til elefanten, der nøjes med to timer, og til flagermusen, som sover i 20 timer.

For pattedyr som os selv er søvnens betydning for hjernen efterhånden veldokumenteret. Flere videnskabelige forsøg har bl.a. slået fast, at en god nattesøvn er vigtig for hukommelsen.

Vi ved også, at hjernen bogstavelig talt udnytter søvnen til en grundig hovedrengøring. I 2012 opdagede Maiken Nedergaard fra University of Rochester i New York det såkaldte glymfatiske system, som renser hjernen under søvnen.

Systemet skaber en rytmisk sammentrækning af hjernens blodkar, så en særlig rensevæske bliver pumpet gennem hjernevævet. På den måde bliver hjernen hver nat spulet ren for affaldsstoffer, der ellers kan føre til Alzheimers og Parkinsons sygdom.

Både krop og hjerne kræver søvn

Søvnen har dermed beviseligt afgørende funktioner for hjernen. Men også resten af kroppen har brug for søvn. Hvis vi sover for lidt, går det fx ud over hormonbalancen, som styrer opbygningen af vores muskler, ligesom kropscellerne får sværere ved at producere proteiner.

Forsøgene med primitive dyr uden hjerne peger på, at søvnens oprindelige formål netop skal findes i nogle fundamentale funktioner i kropscellerne.

Som de amerikanske forsøg med vandmanden afslørede, kunne goplerne komme i søvnunderskud, hvilket påvirkede deres funktionsevne den følgende dag. Lignende resultater kom en japansk forsker frem til i 2020 ved at studere den knap 1 cm lange ferskvandspolyp ved navn Hydra.

Biologen Taichi Itoh fra Kyushu University observerede, at dyrene generelt var lidt mere aktive om dagen end om natten, men at de omkring hver fjerde time faldt i søvn og slet ikke bevægede sig.

Under søvnen kunne dyrene vækkes af fx et lysglimt, men hvis de havde sovet i mere end 20 minutter og tilsyneladende befandt sig i en slags dyb søvn, var de sværere at vække.

Når forskeren alligevel holdt polypdyrene vågne i længere tid, opbyggede de et søvnunderskud, som fik dem til at sove mere bagefter. Men virkningen var størst, hvis dyrene blev forstyrret under de firetimers søvnperioder, som foregik i mørke.

Disse resultater tyder på, at Hydras søvnmønster både er påvirket af lyset og af en slags indre firetimers rytme, der minder om vores egen døgnrytme.

Hver enkelt celle sover

Eftersom Hydra ikke har nogen hjerne, kan dyrets søvnbehov ikke skyldes, at hjernen skal spules ren, eller at hukommelsen skal styrkes. I stedet fandt Taichi Itoh frem til, at dyrets celler delte sig langsommere, hvis det blev holdt vågent.

Søvn er altså tilsyneladende vigtig for, at et polypdyr kan vokse og udvikle sig. Fraværet af en hjerne betyder også, at søvnen og dens virkninger ikke kan være styret derfra, men sandsynligvis er et lokalt fænomen ude i kroppen, og at det altså er de enkelte celler, der sover.

Noget lignende viste sig i 2020 at gælde for den lille rundorm C. elegans. David Raizen fra University of Pennsylvania observerede, at rundormen sjældent sover, men når den skifter ham som led i sin udvikling, tager den en kort lur på et par timer.

Det tyder på, at søvnen nedsætter rundormens energiforbrug, så alle ressourcer kan bruges til hamskiftet.

På det punkt minder rundormen om bananfluen. Også her ser søvnen ud til at være afgørende for at opretholde energiomsætningen.

Når bananfluer forhindres i at sove, sker der en ophobning af såkaldte frie radikaler, som skader tarmens evne til at optage næringsstoffer. Det viste biologen Dragana Rogulja fra Harvard Medical School i Boston i 2020, og hun demonstrerede den samme effekt af søvnmangel hos mus.

Tarmen var et af de første organer, flercellede dyr udviklede for flere hundrede millioner år siden, og Dragana Rogulja har mistanke om, at søvnen måske opstod allerede på det tidspunkt for at beskytte det nye, nyttige organ.

Den teori har ført til spekulationer om, hvorvidt dyr uden tarme også sover. Nogle forskere har derfor kastet sig over at finde tegn på søvn blandt de særdeles primitive havsvampe, der hverken har nervesystem, fordøjelsessystem eller blodkredsløb.

Andre vil studere de endnu mere simple, amøbelignende placozoer, som består af blot fire forskellige slags celler, der ligger i to lag oven på hinanden.

Desværre har ingen forskere indtil videre haft held til at holde placozoer i live i laboratoriet, og havsvampene bevæger sig så langsomt, at deres adfærd er vanskelig at studere. Nogle af dem kryber hen over havbunden med en tophastighed på bare 4 mm om dagen.

Hvis fremtidige forsøg viser, at selv havsvampe og placozoer sover, vil det være et tegn på, at søvn er en helt fundamental egenskab, som måske endda er grundtilstanden i vores døgnrytme.

Nogle forskere mener ligefrem, at den vågne tilstand først opstod, mange millioner år efter at de første dyr opstod. Som søvnforskeren Paul Shaw fra Washington University i St. Louis har udtalt til tidsskriftet Science: “Hvis dyret lever, sover det også. Jeg tror ikke, vi opfandt søvnen. Vi opfandt vågenheden.”

Protein modvirker søvnbehovet

Mens nogle søvnforskere bruger dyreforsøgene til at løse den grundlæggende gåde om søvnens oprindelse, prøver andre at udnytte resultaterne i menneskets tjeneste. Forsøgene har nemlig afsløret, at der er et bredt overlap i de gener, signalmolekyler og proteiner, som forskellige dyr bruger til at regulere deres søvn.

Det gælder fx proteinet Bmal1, som findes hos både mus og mennesker. Eksperimenter har vist, at et tilskud af proteinet kan holde mus vågne, selvom de er i stort søvnunderskud.

Den opdagelse kan føre til udvikling af medicin til mennesker, som lider af søvnløshed. Proteinet kan måske afbøde de skadevirkninger, den manglende søvn normalt medfører.

Og hvem ved, måske kan medicinen også bruges af alle os, som gerne vil have flere vågne timer i døgnet – og undgå at sove en tredjedel af livet væk.