Учёные раскрыли связь между сном и митохондриями: почему мы спим?

Избыток электронов в митохондриях вызывает сон. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09261-y

Сон — это не просто отдых для ума, но и жизненно важный процесс для поддержания «энергоснабжения» организма. Новое исследование учёных из Оксфордского университета, опубликованное в журнале Nature, показывает, что потребность во сне возникает из-за накопления электрического стресса в крошечных «электростанциях» клеток мозга.

Это открытие даёт физическое объяснение биологической потребности во сне и может изменить представления науки о сне, старении и неврологических заболеваниях.

Команда под руководством профессора Геро Мизенбёка из Департамента физиологии, анатомии и генетики (DPAG) и доктора Раффаэле Сарнатаро из Оксфордского Центра нейронных цепей и поведения обнаружила, что сон запускается реакцией мозга на тонкую форму энергетического дисбаланса. Ключевую роль играют митохондрии — микроскопические структуры внутри клеток, которые используют кислород для преобразования пищи в энергию.

Когда митохондрии определённых нейронов, регулирующих сон (изученных на плодовых мушках), перегружаются, они начинают «протекать», выделяя электроны и создавая потенциально опасные побочные продукты — активные формы кислорода. Эта утечка действует как сигнал тревоги, заставляющий мозг переходить в режим сна, чтобы восстановить равновесие до того, как повреждения распространятся.

«Вы не хотите, чтобы ваши митохондрии теряли слишком много электронов, — поясняет доктор Сарнатаро. — Когда это происходит, они генерируют реактивные молекулы, повреждающие клетки».

Исследователи выяснили, что специализированные нейроны действуют как «автоматические выключатели» — измеряют утечку электронов и запускают сон при превышении порога. Управляя энергетическими процессами в этих клетках (увеличивая или уменьшая поток электронов), учёные могли напрямую контролировать продолжительность сна мушек.

Даже замена электронов энергией света (с использованием белков, заимствованных у микроорганизмов) давала тот же эффект: больше энергии — больше утечек — больше сна.

«Мы хотели понять, для чего нужен сон и почему мы вообще чувствуем потребность спать, — говорит профессор Мизенбёк. — Несмотря на десятилетия исследований, никто не выявил чёткого физического триггера. Наши данные показывают, что ответ может лежать в самом процессе, который питает наши тела — аэробном метаболизме».

Открытие помогает объяснить известные связи между метаболизмом, сном и продолжительностью жизни. Мелкие животные, потребляющие больше кислорода на грамм массы тела, обычно спят дольше и живут меньше. Люди с митохондриальными заболеваниями часто испытывают изнуряющую усталость даже без нагрузок — теперь это можно объяснить тем же механизмом.

«Это исследование отвечает на одну из главных загадок биологии, — отмечает доктор Сарнатаро. — Почему мы спим? Ответ, похоже, записан в самом способе преобразования кислорода в энергию нашими клетками».

Подробнее: Raffaele Sarnataro et al, Mitochondrial origins of the pressure to sleep, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09261-y

Источник: University of Oxford