Alkeelliset eläimet ratkaisevat unen arvoituksen

Kalifornialaisessa Caltech-yliopistossa Cassiopea-suvun meduusalla tehty koe liittyi laajempaan unitutkimukseen. Sen hämmästyttäviin tuloksiin kuuluu havainto, että jopa alkeellisten aivottomien eläinten pitää nukkua.

Monet seikat viittaavatkin siihen, että luonto keksi unen paljon ennen aivoja ja että ensimmäisenä unta tarvitsivat muut kuin keskushermoston solut.

Uni on perustarve

Tutkimalla alkeellisten eläinten nukkumista toivotaan saatavan lisää tietoa unen perimmäisestä tarkoituksesta ja samalla vastaus kysymykseen, miksi ihminen on kolmasosan elämästään tiedottomassa tilassa. Lisäksi tutkimuksen odotetaan parantavan mahdollisuuksia hoitaa unettomuutta ja unihäiriöitä.

Vuosituhannen vaihteeseen asti valtaosa tutkijoista uskoi, että uni on vain nisäkkäille ominainen asia. On ajateltu, että matelijoilla, linnuilla ja sammakkoeläimillä tietoisuus vähenee, aistitoiminnot passivoituvat ja elimistö lamaantuu vain osittain.

Mainittujen eläinten voidaan nähdä nukkuvan: ne sulkevat silmänsä, ja niiden aivotoiminta – etenkin aivokuoren alueella – muuttuu selvästi.

Kalat ovat vaikeampi tapaus: ne eivät sulje silmiään, eikä niillä ole aivokuorta. Silti passivoituminen ja reagoimattomuus moniin ympäristön ärsykkeisiin osoittavat kalojen nukkuvan. Tutkimusten mukaan myös paljon alkeellisempien eläinten pitää jokseenkin säännöllisesti ainakin torkkua eli vaipua jonkinlaiseen nukkumista muistuttavaan lepotilaan.

Ilmeisesti eläimet tarvitsevat unta samalla lailla kuin ihminen.

Kun on valvonut liikaa tai nukkunut huonosti, järki seisoo eikä mikään tunnu sujuvan vaivattomasti. Väsymys tuntuu kehossa, ja siksi on luontevaa mennä uudestaan nukkumaan. Oloaan ja toimintakykyään voikin parantaa korvaamalla univajetta yksinkertaisesti nukkumalla lisää.

Kaiken kaikkiaan näyttää siltä, että nukkuminen on syömiseen ja juomiseen vertautuva perustarve. Kun ruoalla ja juomalla tyydytettävien fysiologisten tarpeiden biologiset ja biokemialliset taustamekanismit tunnetaan hyvin, unen välttämättömyyttä ei osata vielä selittää kunnolla.

Tutkijoita ihmetyttäviin asioihin kuuluu se, miksi unentarve vaihtelee lajeittain. Ihmiset nukkuvat keskimäärin kahdeksan tuntia vuorokaudessa, mutta esimerkiksi norsuille riittävät kahden tunnin unet. Lepakot taas voivat olla valveilla vain neljä tuntia.

Ihmisen ja joidenkin muiden nisäkkäiden aivoja tutkimalla on saatu varmuus siitä, että unella on näiden lajien tapauksessa suuri merkitys aivotoiminnalle. Tiedetään esimerkiksi, että nukkuminen vaikuttaa muistiin.

Lisäksi on tiedossa, että aivot käyttävät unta siivousvälineenä. Vuonna 2012 Maiken Nedergaardin yhdysvaltalaisessa Rochesterin yliopistossa tekemässä tutkimuksessa selvisi, että glymfaattinen järjestelmä puhdistaa aivoja, kun nukutaan.

Järjestelmä saa aikaan aivojen verisuonistossa rytmisiä supistuksia, jotka liikuttavat erityistä puhdistusnestettä aivokudoksen läpi. Kyse on huuhtelusta, joka poistaa Alzheimerin ja Parkinsonin taudeille altistavia jätteitä.

Kaikki osat kaipaavat unta

Nukkumisella on siis todistettavasti suuri merkitys aivojen toimintakyvylle. Kun ei nuku riittävästi, muun muassa lihasten kasvua ja solujen proteiinien tuotantoa säätelevä hormonijärjestelmä, häiriintyy.

Tutkimalla aivottomia eläimiä on saatu näyttöä siitä, että unen alkuperäinen tehtävä liittyy elimistössä nimenomaan solujen perustoiminnan ylläpitämiseen.

Kuten kalifornialainen eläinkoe osoitti, meduusat voivat kärsiä univajeen fyysisistä haittavaikutuksista seuraavana päivänä. Samantapainen havainto tehtiin japanilaistutkimuksessa vuonna 2020. Siinä tarkkailtiin Hydra-suvun alle sentin mittaista makean veden polyyppieläintä.

Biologi Taichi Itoh Kyushu-yliopistosta totesi eläimen olevan hieman aktiivisempi päivällä kuin yöllä ja vaipuvan noin neljän tunnin välein uneen, jonka aikana se ei liiku lainkaan.

Vaikka eläin voidaan yleensä herättää esimerkiksi kirkkaalla valolla, se ei herää helposti, kun se on ehtinyt nukkua yli 20 minuuttia. Toisin sanoen se vaikuttaa olevan silloin ihmisen syvää unta muistuttavassa univaiheessa.

Kun Taichi Itoh valvotti polyyppieläimiä, niille syntyi univaje. Sen korvaamiseksi koe-eläimet nukkuivat enemmän. Unentarve kasvoi erityisesti silloin, kun neljän tunnin uni-valverytmi häiriintyi pimeänä aikana.

Havainnot viittaavat siihen, että Hydra-polyyppieläinten unirytmiä säätelevät valo ja sisäinen kello, joka muistuttaa ihmisen uni-valverytmiä säätelevää järjestelmää.

Jokainen solu nukkuu

Koska polyyppieläimellä ei ole aivoja, sen unentarve ei voi johtua siitä, että aivojen pitää puhdistua tai tallentaa muistoja. Taichi Itoh havaitsi, että solunjakautuminen hidastui, kun eläimen ei annettu nukkua normaalisti.

Ilmeisesti unella onkin suuri merkitys polyyppieläimen kasvulle ja kehitykselle. Aivottomuus tarkoittaa myös sitä, että nukkumista ei säätele keskushermosto, vaan uni syntyy paikallisilmiönä eri kudoksissa. Toisin sanoen joka ainoa solu nukkuu.

Samankaltaiseen tulokseen päädyttiin vuonna 2020 eleganssimatoa koskevassa tutkimuksessa. David Raizen yhdysvaltalaisesta Pennsylvanian yliopistosta huomasi, että sukkulamato nukkuu harvoin, mutta aina kun se luo nahkansa osana kehitystään, se ottaa parin tunnin nokoset.

Ilmiö vihjaa, että sukkulamato säästää nukkumalla energiaa käydessään läpi raskaan nahanluontivaiheen.

Tässä suhteessa sukkulamato muistuttaa banaanikärpästä. Senkin tapauksessa nukkuminen vaikuttaa olevan keino säädellä energia-aineenvaihduntaa.

Kun banaanikärpäsen ei anneta nukkua, siihen kertyy vapaiksi radikaaleiksi kutsuttuja haitta-aineita, jotka huonontavat ravintoaineiden imeytymistä suolesta. Asia kävi ilmi biologi Dragana Roguljan vuonna 2020 yhdysvaltalaisessa Harvardin yliopistossa tekemässä tutkimuksessa. Siinä tuli lisäksi esiin, että hiirillä univaje aiheuttaa samanlaisen ongelman.

Satojen miljoonien vuosien takaa juontuva suoli oli ensimmäisiä monisoluisissa eläimissä kehittyneitä elimiä. Dragana Rogulja pitääkin mahdollisena, että eläimet alkoivat nukkua tuolloin suojellakseen uutta hyödyllistä rakennetta.

Ajatuksesta seuraa kysymys, eivätkö suolettomat eläimet nuku. Asiaa on alettu tutkia, ja vastausta kysymykseen etsitään muun muassa alkeellisista sienieläimistä, joilta puuttuvat ruoansulatusjärjestelmän lisäksi hermosto ja verenkierto.

Tutkimuskohteeksi on kelpuutettu myös yksinkertaiset amebamaiset laakkoeläimet (Placozoa). Ne koostuvat vain neljänlaisista soluista, jotka muodostavat ohuen kiekkomaisen ruumiin selkä- ja mahapuolen.

Ikävä kyllä laakkoeläimiä ei ole onnistuttu pitämää elossa laboratorio-olosuhteissa ja sienieläimet liikkuvat niin hitaasti, että niiden käyttäytymistä on vaikea tutkia. Osa lajeista kulkee merenpohjassa enintään neljän millimetrin vuorokausivauhtia.

Jos selviää, että myös laakko- ja sienieläimet nukkuvat, voidaan olla melko varmoja siitä, että nukahtamiskyky on monisoluisten eläinten yleisominaisuus ja ehkä jopa uni-valverytmin perusta.

Osa tutkijoista uskoo, että valvetila on alkuperältään myöhäisempi kuin itse monisoluiset eläimet. St. Louisissa toimivassa Washingtonin yliopistossa nukkumista tutkiva Paul Shaw totesikin Science-lehdessä: ”Jos eläin elää, se myös nukkuu. En usko meidän kehittäneen unta. Kehitimme valvetilan.”

Proteiini vähentää unisuutta

Osa nukkumisen tutkijoista yrittää ratkaista eläinkokeiden avulla unen alkuperän arvoituksen, osa taas koettaa soveltaa tuloksia ihmisten hyväksi. Tutkimusten mukaan ihmisen ja eri eläinten nukkumista säätelevät perintötekijät, viestiaineet ja proteiinit käyvät jossain määrin yksiin.

Hyvä esimerkki on proteiini Bmal1, jota esiintyy sekä ihmisellä että hiirellä. On osoitettu kokeellisesti, että proteiinilisä pitää hiiret hereillä, vaikka ne kärsivät univajeesta.

Havainto voi johtaa uudenlaiseen uniongelmien hoitoon. Ehkä proteiinilla voidaan ehkäistä väsymystä ja muita valvomisen haittoja.

Mahdollisesti lääkettä voisivat käyttää kaikki ne, jotka haluavat pysyä valveilla pitempään. Jostakustahan saattaa tuntua siltä, että kolmasosa elämästä menee hukkaan, kun nukkuu aina normaalit kahdeksan tunnin yöunet.