Как вы знаете, я одержим степенными законами в биологии, которые являются биологическим следствием фундаментальных принципов, таких как сохранение энергии из первого закона термодинамики. Джеффри Уэст показал, как высокооптимизированные биологические сети — например, кровеносные сосуды или дыхательные системы — приводят к аллометрическому масштабированию. В частности, производство энергии на единицу массы тела (массовая скорость метаболизма) масштабируется как масса тела (М) в степени -0,25. Это часть так называемого закона Кляйбера (или, как мы его окрестили в нашем исследовании, закона Клейбера-Веста), где скорость основного метаболизма всего тела масштабируется как M^{0.75}. Вот почему слоны сжигают энергию на грамм эффективнее, чем мыши, но мыши живут быстро и умирают молодыми. Что интересно, так это то, что такое же масштабирование проявляется в такой повседневной вещи, как сон. У млекопитающих суточная продолжительность сна подчиняется аналогичному степенному закону: она уменьшается с увеличением размера тела примерно как M^{-0,25}. Мелкие животные, такие как землеройки, могут спать 15+ часов в день, в то время как гиганты, такие как киты, обходятся лишь несколькими. Это ключ к тому, что сон тесно связан с метаболизмом. Нервная система потребляет до 20% кислорода в нашем организме, несмотря на то, что составляет всего 2% от нашей массы. У более мелких существ эти фрактальные распределительные сети доставляют больше кислорода на клетку, позволяя их мозгу работать «горячее» с более высокой скоростью возбуждения и более высокими потребностями в энергии. Но этот ускоренный метаболизм истощает ресурсы быстрее, создавая дефицит энергии, для устранения которого, вероятно, эволюционировал сон. По сути, более мелкие млекопитающие быстрее сжигают свое нервное топливо и нуждаются в большем времени простоя для восполнения. С этой точки зрения, сон — это не просто отдых, это древнее решение энергетических компромиссов, налагаемых шкалой Клейбера-Уэста, гарантирующая, что существа с высоким метаболизмом не поджарят свои цепи. Конечно, сон сегодня делает что-то необычное. У людей и других млекопитающих он консолидирует воспоминания, обрезая ненужные синапсы во время фаз быстрого сна, и очищает мозг от токсинов через глимфатическую систему, которая активируется во время быстрого сна, чтобы вымывать отходы, такие как бета-амилоид. Связь сна и метаболизма может иметь доказательства из эволюционной истории. Возникновение анаэробного метаболизма может быть связано с Великим событием оксигенации, произошедшим 2B лет назад. Следующее событие окисления (неопротерозойское событие оксигенации, 750 миллионов лет назад) подготовило почву для кембрийского взрыва, приведшего к появлению нейронных систем у разных видов. И с тех пор у нас никогда не было достаточного количества кислорода. Ссылка на замечательную статью @RafSarnataro и др. в журнале Nature и некоторые практические выводы из этого исследования приведены в следующем комментарии. Как обычно, ставьте лайки и делайте репосты - это классная наука (спасибо @Alexey_Kadet, что подняли эту тему) 1/2