Comme vous le savez, je suis obsédé par les lois de puissance en biologie, qui sont une conséquence biologique de principes fondamentaux, comme la conservation de l’énergie de la première loi de la thermodynamique. Geoffrey West a montré comment des réseaux biologiques hautement optimisés, comme les vaisseaux sanguins ou les systèmes respiratoires, conduisent à une mise à l’échelle allométrique. Plus précisément, la production d’énergie par unité de masse corporelle (taux métabolique spécifique à la masse) évolue sous forme de masse corporelle (M) à la puissance -0,25. Cela fait partie de ce que l’on appelle la loi de Kleiber (ou, comme nous l’avons surnommée dans nos recherches, la loi de Kleiber-West), où le taux métabolique de base du corps entier est de M^{0,75}. C’est pourquoi les éléphants brûlent plus efficacement l’énergie par gramme que les souris, mais les souris vivent vite et meurent jeunes. Ce qui est intéressant, c’est que cette même échelle apparaît dans quelque chose d’aussi quotidien que le sommeil. Chez tous les mammifères, la durée quotidienne du sommeil suit une loi de puissance similaire : elle diminue avec la taille du corps à environ M^{-0,25}. Les petits animaux comme les musaraignes peuvent dormir 15+ heures par jour, tandis que les géants comme les baleines s’en sortent avec seulement quelques-uns. C’est un indice que le sommeil est profondément lié au métabolisme. Le système nerveux est énergivore, consommant jusqu’à 20 % de l’oxygène de notre corps alors qu’il ne représente que 2 % de notre masse. Chez les créatures plus petites, ces réseaux de distribution fractals fournissent plus d’oxygène par cellule, ce qui permet à leur cerveau de fonctionner plus « chaud » avec des taux de tir plus rapides et des demandes d’énergie plus élevées. Mais ce métabolisme accéléré épuise les ressources plus rapidement, créant des déficits énergétiques que le sommeil a probablement évolué pour résoudre. Essentiellement, les mammifères plus petits brûlent leur carburant neuronal plus rapidement et ont besoin de plus de temps d’arrêt pour se reconstituer. De ce point de vue, le sommeil n’est pas seulement du repos, c’est une solution ancienne aux compromis énergétiques imposés par le détartrage de Kleiber-West, garantissant que les créatures à métabolisme élevé ne font pas frire leurs circuits. Bien sûr, le sommeil fait des choses fantaisistes aujourd’hui. Chez les humains et d’autres mammifères, il consolide les souvenirs en élaguant les synapses inutiles pendant les phases REM et élimine les toxines cérébrales via le système glymphatique, qui s’intensifie pendant le sommeil non paradoxal pour éliminer les déchets comme la bêta-amyloïde. La relation entre le sommeil et le métabolisme peut avoir des preuves de l’histoire de l’évolution. L’émergence du métabolisme anaérobie pourrait être liée au grand événement d’oxygénation, il y a 2B ans. L’événement d’oxydation suivant (événement d’oxygénation néoprotérozoïque, il y a 750 millions d’années) a ouvert la voie à l’explosion cambrienne conduisant à l’émergence de systèmes neuronaux à travers les espèces. Et depuis, nous n’avions jamais eu assez d’oxygène. Le lien vers un excellent article de Nature par @RafSarnataro et al, et certaines implications pratiques de cette étude sont dans le commentaire suivant. Comme d’habitude, s’il vous plaît aimez et repostez - c’est de la science cool (merci @Alexey_Kadet d’avoir soulevé cela) 1/2