Ученые из Оксфорда обнаружили, что сон может быть вызван крошечными утечками энергии в митохондриях клеток головного мозга. Это позволяет предположить, что ночной отдых является жизненно важным механизмом защиты энергоснабжения организма. Фото: Stock

Новое исследование показало, что потребность во сне возникает из-за усиления метаболизма в специализированных клетках мозга.

Сон может быть не только отдыхом для разума, но и необходимым условием для поддержания энергетических систем организма. Новое исследование Оксфордского университета, опубликованное в Nature, показывает, что желание спать возникает из-за электрического напряжения, возникающего в крошечных энергетических структурах клеток мозга.

Это открытие даёт конкретное физическое объяснение биологической потребности во сне и может изменить научные представления о сне, старении и неврологических расстройствах.

Митохондрии и энергетический дисбаланс

Исследовательская группа под руководством профессора Геро Мизенбека с факультета физиологии, анатомии и генетики (DPAG) и доктора Раффаэле Сарнатаро из Оксфордского центра нейронных цепей и поведения обнаружила, что сон наступает, когда мозг реагирует на незначительный энергетический дисбаланс. Ключевую роль в этом процессе играют митохондрии — микроскопические органеллы, которые преобразуют кислород и пищу в полезную энергию.

В определенных нейронах, регулирующих сон, изученных у плодовых мушек, митохондрии, которые становятся перегруженными, начинают пропускать электроны. В результате утечки образуются вредные побочные продукты, называемые разновидностями активного кислорода. Утечка действует как сигнал, который погружает мозг в сон, позволяя восстановить равновесие до того, как повреждение клеток распространится дальше.

«Вы же не хотите, чтобы ваши митохондрии теряли слишком много электронов, — сказал доктор Сарнатаро. — Когда это происходит, образуются активные молекулы, которые повреждают клетки».

Нейроны как автоматические выключатели

Команда исследователей также обнаружила, что специализированные нейроны ведут себя как автоматические выключатели: они отслеживают утечку электронов из митохондрий и запускают процесс сна при достижении критического порога. Изменяя способ управления энергией в этих клетках — увеличивая или уменьшая поток электронов, — учёные смогли напрямую контролировать продолжительность сна у плодовых мушек.

Даже замена электронов энергией света (с использованием белков, позаимствованных у микроорганизмов) дала тот же эффект: больше энергии, больше утечки, больше сна.

Профессор Мизенбёк сказал: «Мы задались целью понять, для чего нужен сон и почему мы вообще испытываем потребность во сне. Несмотря на десятилетия исследований, никто не смог выявить чёткую физическую причину. Наши результаты показывают, что ответ может крыться в самом процессе, который обеспечивает энергией наш организм: аэробном метаболизме. Мы обнаружили, что в определённых нейронах, регулирующих сон, митохондрии — производители энергии в клетках — теряют электроны при их избытке. Когда утечка становится слишком большой, эти элементы действуют как автоматические выключатели, переводя систему в спящий режим, чтобы предотвратить перегрузку.

Полученные результаты помогают объяснить хорошо известную связь между метаболизмом, сном и продолжительностью жизни. Мелкие животные, которые потребляют больше кислорода на грамм массы тела, как правило, больше спят и живут меньше. Люди с митохондриальными заболеваниями часто испытывают изнуряющую усталость даже без физических нагрузок, что теперь можно объяснить тем же механизмом.

«Это исследование раскрывает одну из величайших тайн биологии, — сказал доктор Сарнатаро. — Зачем нам нужен сон? Ответ, по-видимому, кроется в том, как наши клетки преобразуют кислород в энергию».

Источник: «Митохондриальное происхождение потребности во сне» Раффаэле Сарнатаро, Сесилии Д. Веласко, Николаса Монако, Аниссы Кемпф и Геро Мизенбёка, 16 июля 2025 г., Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-09261-y