Температура влияет на весь спектр человеческого поведения, от приема пищи и уровня активности до циклов сна и бодрствования. Обычно летом нам труднее заснуть, а холодным утром мы медленнее встаем с постели. Однако природа этой связи до сих пор почти не изучена.
"Изменения температуры оказывают сильное влияние на поведение как людей, так и животных, и дают сигнал о том, что пора адаптироваться к смене сезонов, – говорит Марко Галлио, доцент нейробиологии в Колледже искусств и наук Вайнберга. – Влияние температуры на сон может быть весьма экстремальным, некоторые животные решают проспать целый сезон – вспомните медведя, впадающего в спячку – но конкретные схемы мозга, опосредующие взаимодействие между температурой и центрами сна, остаются в значительной степени неизученными."
Нейробиологи Северо-Западного университета (Эванстон, штат Иллинойс, США) решили заняться этой проблемой. Они обнаружили, что плодовые мушки запрограммированы на сон в середине дня. По словам Марко Галлио, возглавившего исследование, плодовые мушки хорошо подходят для изучения сна, потому что они не пытаются нарушить инстинкт, как это делают люди, когда, например, ложатся спать на всю ночь. Они также позволяют исследователям изучать влияние внешних факторов, таких как свет и температура, на клеточные пути.
В ходе работы были впервые выявлены рецепторы "абсолютного тепла" в голове мушки, которые реагируют на температуру выше 25 градусов по Цельсию – любимую температуру этих насекомых.
Исследователи обнаружили, что нейроны, получающие информацию о тепле, являются частью более широкой системы, регулирующей сон. Когда горячий цикл активизируется, клетки, способствующие полуденному сну, остаются включенными дольше. Это заставляет мушек спать днем, что помогает им переждать самую жаркую часть суток.
Исследование стало возможным, благодаря созданной в результате 10 лет исследований полной карте нейронных связей, называемой коннектомом. С помощью коннектома ученые могут посмотреть информацию обо всех возможных связях для каждой из около 100 000 клеток мозга мушки. Однако даже с этой чрезвычайно подробной картой исследователям все еще необходимо выяснить, как информация в мозге попадает из точки А в точку Б.
"Мы определили один нейрон, который может быть местом интеграции эффектов горячей и холодной температуры, влияющих на сон и активность у дрозофилы", – говорит Майкл Альперт, первый автор статьи и постдокторант в лаборатории Галлио.
По словам Галио, горячие и холодные температуры могут иметь совершенно разное влияние на физиологию и поведение. Это разделение может также отражать эволюционные процессы, основанные на циклах тепла и холода на Земле.
В дальнейшем команда планирует изучать долгосрочное влияние температуры на животных, чтобы оценить возможные последствия глобального потепления, а также посмотреть, насколько виды приспособлены к изменениям.
Ученые поделились результатами исследования в журнале Current Biology.