ご存知のとおり、私は生物学のべき乗則に夢中になっていますが、これは熱力学の第一法則によるエネルギー保存などの基本原理の生物学的帰結です。ジェフリー・ウェストは、高度に最適化された生物学的ネットワーク(血管や呼吸器系など)がアロメトリックスケーリングにどのようにつながるかを示しました。具体的には、単位体重あたりのエネルギー生産量(質量比代謝率)は、体格(M)の-0.25乗としてスケールされます。これは、クライバーの法則(または私たちの研究で呼んでいるように、クライバー・ウェストの法則)として知られているものの一部であり、全身の基礎代謝率はM^{0.75}としてスケールされます。ゾウはマウスよりもグラムあたりのエネルギーを効率的に消費するが、マウスは早く生きて若くして死ぬのはそのためだ。 興味深いのは、これと同じスケーリングが睡眠と同じくらい日常的なものに現れることです。哺乳類全体で、毎日の睡眠時間は同様のべき乗則に従い、体の大きさとともに約M^{-0.25}に減少します。トガリネズミのような小さな動物は1日15+時間居眠りをするかもしれませんが、クジラのような巨大な動物はほんの数時間でやっていけます。 これは、睡眠が代謝と深く結びついているという手がかりです。神経系はエネルギーを大量に消費しており、体重のわずか 20% しか占めていないにもかかわらず、体内の酸素の最大 2% を消費します。小型の生き物では、これらのフラクタルのような分布ネットワークは細胞あたりより多くの酸素を供給し、発火速度が速くなり、エネルギー需要が高くなり、脳が「より熱く」動くことができます。しかし、この代謝の促進により資源がより早く枯渇し、睡眠が修正するために進化した可能性が高いエネルギー不足が生じます。基本的に、小さな哺乳類は神経燃料をより早く燃焼させ、補充するためにより多くのダウンタイムを必要とします。 この見解では、睡眠は単なる休息ではなく、クライバー・ウェスト・スケーリングによって課せられるエネルギーのトレードオフに対する古代の解決策であり、代謝の高い生き物が回路を焼かないようにします。確かに、今日は睡眠が素晴らしいものです。人間や他の哺乳類では、レム期に不要なシナプスを剪定することで記憶を統合し、ノンレム睡眠中に増加してベータアミロイドなどの老廃物を洗い流すグリンパ系を介して脳毒素を除去します。 睡眠と代謝の関係には、進化の歴史からの証拠があるかもしれません。嫌気性代謝の出現は、2B年前の大酸素化イベントと結びついている可能性があります。次の酸化イベント(新原生代酸素化イベント、750M年前)は、種を超えた神経系の出現につながるカンブリア紀の爆発の舞台を設定しました。それ以来、十分な酸素が供給されることはありませんでした。 @RafSarnataroらによる素晴らしいネイチャー論文へのリンクと、その研究の実際的な意味は、次のコメントにあります。いつものように、いいねと再投稿をお願いします - これはクールな科学です (これを取り上げてくれてありがとう@Alexey_Kadet) 1/2