Zoals je weet ben ik geobsedeerd door machtswetten in de biologie, wat een biologische consequentie is van fundamentele principes, zoals energiebehoud volgens de eerste wet van de thermodynamica. Geoffrey West toonde aan hoe sterk geoptimaliseerde biologische netwerken—denk aan bloedvaten of ademhalingssystemen—leiden tot allometrische schaling. Specifiek, de energieproductie per eenheid lichaamsmassa (massa-specifieke metabolische snelheid) schaalt als lichaamsmassa (M) tot de macht van -0,25. Dit is een onderdeel van wat bekend staat als de wet van Kleiber (of zoals wij het in ons onderzoek hebben genoemd, de Kleiber-West wet), waar de basale metabolische snelheid van het hele lichaam schaalt als M^{0,75}. Het is waarom olifanten energie efficiënter verbranden per gram dan muizen, maar muizen leven snel en sterven jong. Wat interessant is, is dat dezezelfde schaling opduikt in iets zo alledaags als slaap. Bij zoogdieren volgt de dagelijkse slaapduur een vergelijkbare machtswet: het neemt af met de lichaamsgrootte als ruwweg M^{-0,25}. Kleinere dieren zoals shrews kunnen meer dan 15 uur per dag slapen, terwijl reuzen zoals walvissen het met slechts een paar uur doen. Dit is een aanwijzing dat slaap diep verbonden is met metabolisme. Zenuwstelsels zijn energieverslinders, die tot 20% van de zuurstof van ons lichaam verbruiken, ondanks dat ze slechts 2% van onze massa uitmaken. Bij kleinere wezens leveren die fractalachtige distributienetwerken meer zuurstof per cel, waardoor hun hersenen "heter" kunnen draaien met snellere vuursnelheden en hogere energiebehoeften. Maar dit verhoogde metabolisme verbruikt middelen sneller, waardoor energie-tekorten ontstaan die slaap waarschijnlijk heeft ontwikkeld om te verhelpen. Essentieel verbranden kleinere zoogdieren hun neurale brandstof sneller en hebben ze meer downtime nodig om bij te tanken. In dit licht is slaap niet alleen rust—het is een oude oplossing voor de energietraders die worden opgelegd door de Kleiber-West schaling, zodat hoog-metabolisme wezens hun circuits niet oververhitten. Natuurlijk doet slaap vandaag de dag fancy dingen. Bij mensen en andere zoogdieren consolideert het herinneringen door onnodige synapsen te snoeien tijdens REM-fases en verwijdert het hersentoxines via het glymfatische systeem, dat tijdens non-REM-slaap op gang komt om afval zoals beta-amyloïde af te voeren. De relatie tussen slaap en metabolisme kan bewijs hebben uit de evolutionaire geschiedenis. De opkomst van anaerobe metabolisme zou kunnen zijn verbonden met de Grote zuurstofatie gebeurtenis, 2B jaar geleden. De volgende oxidatiegebeurtenis (Neoproterozoïsche Zuurstofatie Gebeurtenis, 750M jaar geleden) zette de toon voor de Cambrium-explosie die leidde tot de opkomst van zenuwstelsels over soorten. En we hebben sindsdien nooit genoeg zuurstof gehad. De link naar een geweldig Nature-artikel van @RafSarnataro et al, en enkele praktische implicaties van die studie staan in de volgende opmerking. Zoals gebruikelijk, graag liken en opnieuw posten - dit is coole wetenschap (dank @Alexey_Kadet voor het onder de aandacht brengen)