Fråga:
Varför utvecklades sömnprocessen hos många djur? Vad är dess evolutionära fördel?
Gordon Gustafson
2011-12-24 21:10:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sömnprocessen verkar vara mycket ofördelaktig för en organism eftersom den är extremt sårbar för predation i flera timmar i taget. Varför är sömn nödvändig hos så många djur? Vilken fördel gav det individerna som utvecklades för att ha det som en anpassning? När och hur inträffade det troligen i djurens evolutionära väg?

t.ex. delfiner har inte råd att förlora fullt medvetande när de vilar, annars skulle de drunkna. Så deras däggdjurshjärnor har utvecklats på ett sådant sätt [att bara hälften av hjärnan sover i taget] (http://science.howstuffworks.com/environmental/life/zoology/mammals/question643.htm).
Många flyttande djur, som sköldpaddor och fåglar, har också utvecklat denna halvhjärnsömn.
Enligt en uppsats jag har läst hjälper sömn till med inlärningsprocessen och många nervförbindelser förstärks i sömnen.
Det finns förslaget i samhället (inget publicerat som jag kan hitta) att sömn utvecklades för att stoppa djur som vågade ut när förhållandena inte var gynnsamma för jakt (till exempel jägare på dagen blev jagade på natten eller långsamma smygande nattliga djur blev uppenbara i solskenet). Det är bättre om de bara hakar ner när deras sinnen inte är anpassade för de situationer de kan möta.
Att svara på delar av din fråga är syftet med boken [Why We Sleep] (https://www.amazon.com/Why-We-Sleep-Unlocking-Dreams/dp/1501144316) av sömnforskaren Matthew Walker. Boken är ganska populär och uppdaterad (2017).
Fyra svar:
#1
+54
DVK
2011-12-24 22:01:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Den här goda icke-vetenskapliga artikeln täcker några av de vanliga fördelarna (vila / regenerering).

En av de forskningsdokument som de nämnde (de länkade till pressmeddelande) var Bevarande av sömn: Insikter från icke-däggdjurs modellsystem av John E. Zimmerman, Ph.D .; Trender Neurosci. 2008 juli; 31 (7): 371–376. Publicerad online den 5 juni 2008. Doi: 10.1016 / j.tins.2008.05.001; NIHMSID: NIHMS230885 . För att citera från pressmeddelandet:

Eftersom slöhetens tid sammanfaller med en tid i de runda maskarnas livscykel när synaptiska förändringar inträffar i nervsystemet, föreslår de att sömn är ett tillstånd som krävs för nervsystemets plasticitet. Med andra ord, för att nervsystemet ska kunna växa och förändras måste det vara tid för aktivt beteende. Andra forskare vid Penn har visat att synaptiska förändringar inträffar under sömnen hos däggdjur och att sömnbrist leder till en störning av dessa synaptiska förändringar.

Detta kan förklara varför [sömnbrist påverkar hjärtfrekvensen] (https://sleepfoundation.org/sleep-news/how-sleep-deprivation-affects-your-heart).
Det här är lite cirkulärt, eftersom sömn "krävs för nervsystemets plasticitet" helt enkelt betyder att beroendet av nervanpassning av sömn aldrig valdes ut. Det svarar inte varför
Detta argument misslyckas också med att nämna varför det inte kunde finnas en mycket modulär och redundant hjärnarkitektur med minst två moduler för varje neuroplastiskt delsystem som alternerar sömn- och vaknande cykler. Sådan teknik finns redan för storskaliga serverkluster och rack (kallas en rullande uppdatering) där en belastningsutjämnare används som en klientinriktad frontend (routningsförfrågningar till servrar som är redo att acceptera dem). När en uppdatering distribueras stängs servrarna av, uppdateras och startas om på ett "rullande" sätt så att de flesta servrar är uppe när som helst under uppdateringen.
#2
+27
Rory M
2012-01-29 18:56:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jag hittade denna uppsats av Benington och Heller som utökar den tidigare nämnda teorin om sömn som en mekanism för att förnya ämnesomsättningen. De antar att sömn är nödvändig för att fylla på glykogenförråd (främst inom astrocyter) i hjärnan. Dessa butiker används normalt för att komplettera blodsockret på grund av hjärnans höga energibehov.

Det föreslås att detta också kan leda till att man känner sig sömnig som en följd av utmattningen av glykogenförsörjningen i specifika små områden i hjärnan. Kort och lokal utarmning av glykogenförråd innebär att celler arbetar med mindre energi än vad de normalt behöver arbeta med. Detta orsakar en ökning av syntesen av adenosin från nedbrytningen av AMP. Papperet hävdar att de ökade nivåerna av adenosin detekteras av adenosinreceptorer som sedan utlöser eller ökar (som ses vid EEG-skanningar) känslan av behovet av sömn:

Flowchart of the relation of glycogen to sleep need and replenishment

I NREM-sömn (som kan stödja teorin eftersom NREM-sömn står för 80% av sömnen och är mest fysiologiskt annorlunda än att vakna), ersätts denna glykogen mest effektivt. Under NREM-sömn minskar frisättningen av glykogenolysinducerande neurotransmittorer, vilket gör att glykogensyntas kan dominera och glykogennivåerna kan återställas. Samma neurotransmittorer är emellertid nyckeln till bearbetning av sensoriska stimuli (av toniskt depolariserande nervceller i sensorisk cortex). Därför kommer glykogenpåfyllning alltid att förknippas med ett (starkt) minskat svar på stimuli .

Detta leder till att jag äntligen besvarar frågan om varför sömn har en evolutionär fördel, vilket jag kommer att citera ordligt för att upprätthålla författarnas fart:

Glykogenpåfyllning under vakning skulle vara otillräckligt eftersom det skulle försämra organismens förmåga att bearbeta och svara på sensoriska stimuli. Sömn har därför utvecklats som ett tillstånd där djur drar sig tillbaka till en säker miljö, beteende undertrycks och glykogenförråd fylls på .

Så är det bara en tillfällighet att den metaboliska vägen för glykogensyntes i hjärnan utvecklades för att regleras av neurotransmittorer? Om det hade utvecklats oberoende - skulle vi inte behöva sova?
@MartaCz-C det är en riktigt bra poäng, och om jag är ärlig har jag kämpat för att hitta ett svar i litteraturen för dig. Det kan dock sägas att eftersom glykogenreserverna i huvudsak är en reservkraftförsörjning, även om neurotransmittorer inte var inblandade, kommer en sådan leverans sannolikt inte att fyllas på utan ett kraftigt minskat energibehov (dvs i sömn) eftersom annars glukos som anlände skulle användas snarare än lagras i glykogenes. Det kan vara en anpassning snarare än en samincidens om detta är fallet - tvingar en organism att ta en viloperiod för att återuppbygga dessa leveranser.
#3
+9
Innab
2011-12-24 23:49:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Enligt vad jag har lärt mig finns det två teorier för att svara på den frågan:

  1. Återställning - kroppen behöver vila för att förnya sin ämnesomsättning (om ett djur är aktiv 24/7, kommer det ständigt att använda mycket energi och ämnesomsättning). Det har visats att möss som har gått ett tag utan att sova har ett nedsatt immunförsvar.

  2. Bevarande - sömn antas ge en överlevnadsfördel. Natt är en farlig tid, så sömn "tvingar" ett djur att ligga lågt några timmar.

Din punkt 2 säger exakt motsatsen till frågan. Skulle du bry dig om att expandera lite (t.ex. ge några referenser)?
Punkt 1 verkar vara ett cirkulärt argument (eller platta ut fel): om djuret inte sov kunde det jaga / foder efter mat. Även i sömnen förbrukar vi * lite * energi så att denna beräkning * alltid * kommer fram positivt på sidan av att hålla sig vaken.
@KonradRudolph - kroppen förbrukar alltid lite energi, men den energi kroppen använder medan han sover är en bråkdel av den energi som krävs för att hålla sig vaken / jaga / etc.
@nico - Jag hittade ett utdrag ur en bok- [här] (http://www.trentu.ca/admin/specialneeds/learninginnovations/thinkingandlearning/public/Unit13%20-%20Sleep%20and%20Learning%20Handout.pdf)
@Innab Det är irrelevant att energikostnaden bara är en bråkdel. Det viktiga är att det alls finns något. Gör matematiken, det kommer * aldrig * vara fördelaktigt att vila istället för att spendera samma tid på jakt, eftersom jaktens nettobalans för jakt är * positiv * (dvs. energiintag snarare än kostnad), så summan kommer vila alltid att spendera mer energi än jakt.
@KonradRudolph är det säkert bara om jakten är framgångsrik - därför kan sömnen vara * mindre ofördelaktig * när det gäller energiförbrukningen om oddsen är starkt staplade mot framgångsrik predation vid en viss tid på dagen.
Nr 2 gäller inte nattliga djur; speciellt djur som är aktiva vid olika tidpunkter på dagen speciellt för att undvika rovdjur.
#4
+2
John
2019-09-27 21:52:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Varför sömn kvarstår är ganska enkelt, varför det behövs är okänt.

Sömn verkar vara nödvändig i alla organism med hjärna, det är vad som helst med något slag koncentration av nervceller. Det är då den förnekas att organismerna dör. Så allt som måste hända är att fördelarna med en hjärna uppväger sömnkostnaden.

Den sömnlängd som behövs korrelerar med hjärnans storlek, åtminstone REM-delen av sömnen andra delar korrelerar med metaboliska hastigheter. Nu kan detta till synes vara förvirrat i större komplexa hjärnor (särskilt fåglar och däggdjur) när organismer börjar vika hjärnan för att öka neurontätheten utan att öka den totala storleken. I detta fall ökar dessa organismer hjärnans "storlek" utan att göra hjärnan större, genom att öka densiteten. Värre är att vissa organismer "sover" under långa perioder, men bara en kort del av den tiden involverar den neurala aktiviteten associerad med sömn (som REM), sova i mer komplexa djur (de med mycket stora komplexa hjärnor) innehåller många funktioner.

I organismer med små hjärnor och långsamma ämnesomsättningar (aka de tidigaste sakerna med hjärnor) tar sömnen inte särskilt lång tid så kostnaden är minimal, fördelarna med en hjärna (och därmed lärande) kan vara höga. Senare när hjärnorna blir större ökar kostnaden, men också fördelen, om det var möjligt för en hjärna att behållas utan sömnbehov, borde den ha valts ut i detta skede. Så med all sannolikhet är behovet av sömn något grundläggande för hur nervceller fungerar och kan inte förändras utan att allvarligt störa deras funktion. Det är inte ovanligt att ogynnsamma saker låses fast evolutionärt på detta sätt, kostnaden för att ändra dem (i det här fallet förlusten av hjärnfunktion) är mycket större än kostnaden för sömn så valet håller det kvar.

Nu är sömnens komplexitet vettigt, om du redan har denna nödvändiga period av stillestånd, är det vettigt evolutionärt att ta itu med allt annat som skulle vara bäst att göra under nämnda tid. Bättre att använda triggers och tid för befintliga stilleståndsaktiviteter för alla andra som läggs till och ha ännu mer stillestånd. Så nu har vi en massa förvirrande faktorer som leriga studier och gör det svårt att säga vilka delar som är väsentliga.

Vi vet inte varför sömn är nödvändig , det finns många idéer men inte mycket bevis. Med tanke på sömnens komplexitet är det inte förvånande, det är inte lätt att reta ut vilka funktioner som är grundläggande. Det finns en ström som lutar mot att det är nödvändigt att rensa bort metaboliter som stör nervfunktionen, det verkar som att denna process är mycket störande för hjärnan om hjärnan är vaken, till den punkt som helt enkelt stänger av hjärnaktiviteten ( särskilt rörelse) är mycket säkrare för organismen. Men som med all forskning är detta mycket preliminärt och sömn är dåligt förstådd så acceptans är och borde vara mycket preliminär.



Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...