Như bạn đã biết, tôi bị ám ảnh bởi các định luật lũy thừa trong sinh học, đó là hệ quả sinh học của các nguyên tắc cơ bản, như bảo toàn năng lượng từ định luật đầu tiên của nhiệt động lực học. Geoffrey West đã chỉ ra cách mạng lưới sinh học được tối ưu hóa cao - nghĩ đến mạch máu hoặc hệ hô hấp - dẫn đến tỷ lệ allometric. Cụ thể, sản xuất năng lượng trên một đơn vị khối lượng cơ thể (tỷ lệ trao đổi chất cụ thể theo khối lượng) chia tỷ lệ như khối lượng cơ thể (M) đến lũy thừa -0,25. Đây là một phần của những gì được gọi là định luật Kleiber (hoặc như chúng tôi đã đặt tên nó trong nghiên cứu của mình, định luật Kleiber-West), trong đó tỷ lệ trao đổi chất cơ bản toàn thân thang đo là M ^ {0,75}. Đó là lý do tại sao voi đốt cháy năng lượng hiệu quả hơn mỗi gam so với chuột, nhưng chuột sống nhanh và chết trẻ. Điều thú vị là tỷ lệ tương tự này xuất hiện trong một cái gì đó hàng ngày như giấc ngủ. Trên các loài động vật có vú, thời gian ngủ hàng ngày tuân theo một định luật lũy thừa tương tự: nó giảm theo kích thước cơ thể khoảng M^{-0,25}. Các loài động vật nhỏ hơn như chuột chù có thể ngủ 15+ giờ một ngày, trong khi những con khổng lồ như cá voi chỉ sống được một vài giờ. Đây là một manh mối cho thấy giấc ngủ gắn liền với sự trao đổi chất. Hệ thống thần kinh là những con lợn năng lượng, ngốn tới 20% oxy của cơ thể chúng ta mặc dù chỉ chiếm 2% khối lượng của chúng ta. Ở những sinh vật nhỏ hơn, những mạng lưới phân phối giống như fractal cung cấp nhiều oxy hơn trên mỗi tế bào, cho phép não của chúng chạy "nóng hơn" với tốc độ bắn nhanh hơn và nhu cầu năng lượng cao hơn. Nhưng sự trao đổi chất tăng cường này làm cạn kiệt tài nguyên nhanh hơn, tạo ra sự thiếu hụt năng lượng mà giấc ngủ có thể tiến hóa để khắc phục. Về cơ bản, động vật có vú nhỏ hơn đốt cháy nhiên liệu thần kinh của chúng nhanh hơn và cần thêm thời gian ngừng hoạt động để bổ sung. Theo quan điểm này, giấc ngủ không chỉ là nghỉ ngơi - đó là một cách khắc phục cổ xưa cho sự đánh đổi năng lượng do quy mô Kleiber-West áp đặt, đảm bảo rằng các sinh vật có sự trao đổi chất cao không làm hỏng mạch của chúng. Chắc chắn, giấc ngủ ngày nay là những thứ ưa thích. Ở người và các động vật có vú khác, nó củng cố ký ức bằng cách cắt tỉa các khớp thần kinh không cần thiết trong giai đoạn REM và loại bỏ độc tố não thông qua hệ thống glymphatic, tăng lên trong giấc ngủ không REM để loại bỏ chất thải như beta-amyloid. Mối quan hệ giữa giấc ngủ và trao đổi chất có thể có bằng chứng từ lịch sử tiến hóa. Sự xuất hiện của chuyển hóa kỵ khí có thể gắn liền với sự kiện oxy hóa lớn, 2B năm trước. Sự kiện oxy hóa tiếp theo (Sự kiện oxy hóa tân nguyên sinh, 750 triệu năm trước) đã tạo tiền đề cho sự bùng nổ kỷ Cambri dẫn đến sự xuất hiện của các hệ thống thần kinh giữa các loài. Và chúng tôi chưa bao giờ có đủ oxy kể từ đó. Liên kết đến một bài báo tuyệt vời của Nature của @RafSarnataro và cộng sự, và một số ý nghĩa thực tế của nghiên cứu đó nằm trong bình luận tiếp theo. Như thường lệ, vui lòng thích và đăng lại - đây là khoa học thú vị (cảm ơn bạn @Alexey_Kadet đã đưa ra điều này) 1/2