Jak wiecie, mam obsesję na punkcie praw potęgowych w biologii, które są biologiczną konsekwencją fundamentalnych zasad, takich jak zasada zachowania energii wynikająca z pierwszej zasady termodynamiki. Geoffrey West pokazał, jak wysoce zoptymalizowane sieci biologiczne – takie jak naczynia krwionośne lub układ oddechowy – prowadzą do skalowania allometrycznego. W szczególności produkcja energii na jednostkę masy ciała (tempo przemiany materii specyficznej dla masy) skaluje się jako masa ciała (M) do potęgi -0,25. Jest to część tego, co jest znane jako prawo Kleibera (lub, jak nazwaliśmy je w naszych badaniach, prawo Kleibera-Westa), gdzie podstawowa przemiana materii całego ciała skaluje się jako M^{0,75}. To dlatego słonie spalają energię wydajniej na gram niż myszy, ale myszy żyją szybko i umierają młodo. Interesujące jest to, że to samo skalowanie pojawia się w czymś tak codziennym jak sen. U wszystkich ssaków dzienny czas snu podlega podobnemu prawu potęgowemu: zmniejsza się wraz z rozmiarem ciała wynoszącym mniej więcej M^{-0,25}. Mniejsze zwierzęta, takie jak ryjówki, mogą drzemać 15+ godzin dziennie, podczas gdy olbrzymy, takie jak wieloryby, radzą sobie tylko z kilku. Jest to wskazówka, że sen jest głęboko związany z metabolizmem. Układ nerwowy to pożeracze energii, pochłaniający do 20% tlenu w naszym ciele, mimo że stanowią tylko 2% naszej masy. U mniejszych stworzeń te fraktalne sieci dystrybucyjne dostarczają więcej tlenu na komórkę, pozwalając ich mózgom pracować "gorętej" z szybszym tempem wypalania i wyższym zapotrzebowaniem na energię. Ale ten przyspieszony metabolizm szybciej wyczerpuje zasoby, powodując deficyty energii, które sen prawdopodobnie wyewoluował, aby je naprawić. Zasadniczo mniejsze ssaki szybciej spalają swoje paliwo neuronowe i potrzebują więcej czasu na regenerację. Z tego punktu widzenia sen to nie tylko odpoczynek – to starożytne rozwiązanie kompromisów energetycznych narzuconych przez skalowanie Kleibera-Westa, zapewniające, że stworzenia o wysokim metabolizmie nie smażą swoich obwodów. Jasne, sen robi dziś fantazyjne rzeczy. U ludzi i innych ssaków konsoliduje wspomnienia poprzez przycinanie niepotrzebnych synaps podczas faz REM i usuwa toksyny mózgowe za pośrednictwem układu limfatycznego, który zwiększa się podczas snu innego niż REM, aby wypłukać odpady, takie jak beta-amyloid. Związek między snem a metabolizmem może mieć dowody z historii ewolucyjnej. Pojawienie się metabolizmu beztlenowego można powiązać z Wielkim Wydarzeniem Natlenienia, które miało miejsce 2 miliardy lat temu. Kolejne zdarzenie utleniania (neoproterozoiczne zdarzenie utlenowania, 750 mln lat temu) przygotowało grunt pod eksplozję kambryjską, która doprowadziła do powstania systemów neuronowych u różnych gatunków. I od tamtej pory nigdy nie mieliśmy wystarczająco dużo tlenu. Link do świetnego artykułu w "Nature" autorstwa @RafSarnataro i innych oraz niektóre praktyczne implikacje tego badania znajdują się w następnym komentarzu. Jak zwykle, polub i opublikuj ponownie - to jest fajna nauka (dziękuję @Alexey_Kadet za poruszenie tego tematu) 1/2