Zoals je weet ben ik geobsedeerd door machtswetten in de biologie, wat een biologisch gevolg is van fundamentele principes, zoals energiebesparing uit de eerste wet van de thermodynamica. Geoffrey West liet zien hoe sterk geoptimaliseerde biologische netwerken - denk aan bloedvaten of ademhalingssystemen - leiden tot allometrische schaalvergroting. Concreet schaalt de energieproductie per eenheid lichaamsgewicht (massaspecifieke stofwisseling) als lichaamsgewicht (M) tot de macht -0,25. Dit maakt deel uit van wat bekend staat als de wet van Kleiber (of zoals we het in ons onderzoek hebben genoemd, de wet van Kleiber-West), waarbij het basaal metabolisme van het hele lichaam schaalt als M^{0.75}. Dat is de reden waarom olifanten efficiënter energie verbranden per gram dan muizen, maar muizen leven snel en sterven jong. Wat interessant is, is dat dezelfde schaalvergroting opduikt in zoiets alledaags als slaap. Bij zoogdieren volgt de dagelijkse slaapduur een vergelijkbare machtswet: deze neemt af met de lichaamsgrootte als ongeveer M^{-0,25}. Kleinere dieren zoals spitsmuizen kunnen 15+ uur per dag dutten, terwijl reuzen zoals walvissen het met slechts een paar redden. Dit is een aanwijzing dat slaap nauw verbonden is met het metabolisme. Zenuwstelsels zijn energievreters en slurpen tot 20% van de zuurstof van ons lichaam, ondanks dat ze slechts 2% van onze massa uitmaken. Bij kleinere wezens leveren die fractal-achtige distributienetwerken meer zuurstof per cel, waardoor hun hersenen "heter" worden met snellere vuursnelheden en een hogere energiebehoefte. Maar dit opgevoerde metabolisme put de hulpbronnen sneller uit, waardoor energietekorten ontstaan die de slaap waarschijnlijk is geëvolueerd om op te lossen. In wezen verbranden kleinere zoogdieren hun neurale brandstof sneller en hebben ze meer downtime nodig om aan te vullen. In deze visie is slaap niet alleen rust - het is een oude oplossing voor de energie-compromissen die zijn opgelegd door de schaalvergroting van Kleiber-West, waardoor beestjes met een hoog metabolisme hun circuits niet bakken. Natuurlijk, slaap doet vandaag mooie dingen. Bij mensen en andere zoogdieren consolideert het herinneringen door onnodige synapsen te snoeien tijdens REM-fasen en verwijdert het hersentoxines via het glymfatische systeem, dat tijdens niet-REM-slaap toeneemt om afvalstoffen zoals bèta-amyloïde weg te spoelen. De relatie tussen slaap en metabolisme kan bewijs hebben uit de evolutionaire geschiedenis. De opkomst van anaëroob metabolisme zou kunnen worden gekoppeld aan de Grote oxygenatie-gebeurtenis, 2B jaar geleden. De volgende oxidatie-gebeurtenis (Neoproterozoïsche oxygenatie-gebeurtenis, 750 miljoen jaar geleden) vormde het toneel voor een Cambrische explosie die leidde tot de opkomst van neurale systemen tussen soorten. En sindsdien hadden we nooit meer genoeg zuurstof gehad. De link naar een geweldig Nature-artikel van @RafSarnataro et al, en een praktische implicatie van die studie staan in de volgende opmerking. Zoals gewoonlijk, like en plaats opnieuw - dit is coole wetenschap (bedankt @Alexey_Kadet voor het ter sprake brengen hiervan) 1/2