Как вы знаете, я одержим законами степени в биологии, которые являются биологическим следствием фундаментальных принципов, таких как сохранение энергии из первого закона термодинамики. Джеффри Уэст показал, как высоко оптимизированные биологические сети — подумайте о кровеносных сосудах или дыхательных системах — приводят к аллометрическому масштабированию. В частности, производство энергии на единицу массы тела (метаболическая скорость, специфичная для массы) масштабируется как масса тела (M) в степени -0.25. Это часть того, что известно как закон Клейбера (или как мы его назвали в нашем исследовании, закон Клейбера-Уэста), где базальная метаболическая скорость всего тела масштабируется как M^{0.75}. Именно поэтому слоны сжигают энергию более эффективно на грамм, чем мыши, но мыши живут быстро и умирают молодыми. Что интересно, это же масштабирование появляется в чем-то таком обыденном, как сон. У млекопитающих продолжительность сна в день следует аналогичному закону степени: она уменьшается с увеличением размера тела примерно как M^{-0.25}. Более мелкие животные, такие как землеройки, могут спать более 15 часов в день, в то время как гиганты, такие как киты, обходятся всего несколькими часами. Это подсказка о том, что сон глубоко связан с метаболизмом. Нервные системы потребляют много энергии, поглощая до 20% кислорода нашего тела, несмотря на то, что составляют всего 2% нашей массы. У более мелких существ эти фрактальные распределительные сети доставляют больше кислорода на клетку, позволяя их мозгам работать "горячее" с более быстрыми темпами firing и более высокими энергетическими потребностями. Но этот ускоренный метаболизм быстрее исчерпывает ресурсы, создавая энергетические дефициты, которые, вероятно, эволюционировали, чтобы исправить сон. По сути, более мелкие млекопитающие сжигают свой нейронный топливо быстрее и нуждаются в большем времени для восстановления. С этой точки зрения, сон — это не просто отдых — это древнее решение для энергетических компромиссов, наложенных масштабированием Клейбера-Уэста, обеспечивая, чтобы существа с высоким метаболизмом не перегревали свои цепи. Конечно, сегодня сон выполняет разные функции. У людей и других млекопитающих он консолидирует воспоминания, обрезая ненужные синапсы во время фаз REM и очищает токсины из мозга через глимфатическую систему, которая активируется во время сна без REM, чтобы удалить отходы, такие как бета-амилоид. Связь между сном и метаболизмом может иметь доказательства из эволюционной истории. Появление анаэробного метаболизма могло быть связано с Великим кислородным событием, 2 миллиарда лет назад. Следующее окислительное событие (Неопротерозойское кислородное событие, 750 миллионов лет назад) подготовило почву для кембрийского взрыва, приведшего к появлению нервных систем у различных видов. И с тех пор у нас никогда не было достаточно кислорода. Ссылка на отличную статью в Nature от @RafSarnataro и некоторые практические выводы этого исследования будут в следующем комментарии. Как обычно, пожалуйста, ставьте лайки и перепостите — это классная наука (спасибо @Alexey_Kadet за то, что подняли этот вопрос)