Vraag:
Waarom evolueerde het slaapproces bij veel dieren? Wat is het evolutionaire voordeel ervan?
Gordon Gustafson
2011-12-24 21:10:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het slaapproces lijkt erg nadelig te zijn voor een organisme, aangezien het buitengewoon kwetsbaar is voor predatie gedurende meerdere uren achter elkaar. Waarom is slaap nodig bij zoveel dieren? Welk voordeel gaf het de individuen die evolueerden om het als een aanpassing te krijgen? Wanneer en hoe vond het waarschijnlijk plaats in het evolutionaire pad van dieren?

bijv. dolfijnen kunnen het zich niet veroorloven om het volledige bewustzijn te verliezen als ze rusten, anders zouden ze verdrinken. Dus hun zoogdierhersenen zijn zo geëvolueerd [dat slechts de helft van de hersenen per keer slaapt] (http://science.howstuffworks.com/environmental/life/zoology/mammals/question643.htm).
Veel trekdieren, zoals schildpadden en vogels, hebben ook deze halfhersenslaap ontwikkeld.
Volgens een artikel dat ik heb gelezen, helpt slapen bij het leerproces en worden veel neurale verbindingen tijdens de slaap versterkt.
Er is de suggestie in de gemeenschap (niets gepubliceerd dat ik kan vinden) dat slaap is geëvolueerd om te voorkomen dat dieren zich erop wagen wanneer de omstandigheden niet gunstig waren voor de jacht (bijvoorbeeld jagers van de dag werden 's nachts opgejaagd of langzaam heimelijke nachtdieren werden duidelijk in de zonneschijn). Het is beter als ze zich gewoon neerhurken als hun zintuigen niet zijn afgestemd op de situaties waarmee ze te maken kunnen krijgen.
Het beantwoorden van delen van je vraag is het doel van het boek [Why We Sleep] (https://www.amazon.com/Why-We-Sleep-Unlocking-Dreams/dp/1501144316) van de slaapwetenschapper Matthew Walker. Het boek is behoorlijk populair en up-to-date (2017).
Vier antwoorden:
#1
+54
DVK
2011-12-24 22:01:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Dit goede niet-wetenschappelijke artikel behandelt enkele van de gebruikelijke voordelen (rust / regeneratie).

Een van de onderzoeksartikelen die ze noemden (ze hadden een link naar een persbericht) was Conservation of Sleep: Insights from Non-Mammalian Model Systems door John E. Zimmerman, Ph.D .; Trends Neurosci. 2008 juli; 31 (7): 371-376. Online gepubliceerd op 5 juni 2008 doi: 10.1016 / j.tins.2008.05.001; NIHMSID: NIHMS230885 . Om uit het persbericht te citeren:

Omdat de tijd van lethargus samenvalt met een tijd in de levenscyclus van de rondwormen waarin synaptische veranderingen optreden in het zenuwstelsel, stellen ze voor dat slaap is een toestand die vereist is voor de plasticiteit van het zenuwstelsel. Met andere woorden, om het zenuwstelsel te laten groeien en veranderen, moet er een onderbreking zijn van actief gedrag. Andere onderzoekers van Penn hebben aangetoond dat bij zoogdieren synaptische veranderingen optreden tijdens de slaap en dat slaapgebrek resulteert in een verstoring van deze synaptische veranderingen.

Dit zou kunnen verklaren waarom [slaapgebrek de hartslag beïnvloedt] (https://sleepfoundation.org/sleep-news/how-sleep-deprivation-affects-your-heart).
Dit is een beetje cirkelvormig, in die zin dat slaap "vereist is voor de plasticiteit van het zenuwstelsel" betekent simpelweg dat de afhankelijkheid van zenuwaanpassing van slaap nooit is uitgekozen. Het geeft geen antwoord waarom
Dit argument vermeldt ook niet waarom er geen zeer modulaire en redundante hersenarchitectuur zou kunnen zijn met ten minste 2 modules voor elk neuroplastisch subsysteem die slaap- en waakcycli afwisselen. Dergelijke technologie bestaat al voor grootschalige serverclusters en racks (een zogenaamde rolling update) waarbij een load balancer wordt gebruikt als een client-facing front-end (verzoeken omleiden naar servers die klaar zijn om ze te accepteren). Wanneer een update wordt geïmplementeerd, worden servers afgesloten, bijgewerkt en opnieuw opgestart op een "rollende" manier, zodat de meeste servers op elk moment tijdens de update actief zijn.
#2
+27
Rory M
2012-01-29 18:56:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik vond dit artikel van Benington en Heller dat voortbouwt op de eerder genoemde theorie van slaap als een mechanisme om het metabolisme te vernieuwen. Ze veronderstellen dat slaap nodig is om de glycogeenvoorraden (voornamelijk in astrocyten) in de hersenen aan te vullen. Deze winkels worden normaal gesproken gebruikt om bloedglucose aan te vullen vanwege de hoge energiebehoefte van de hersenen.

Er wordt gesuggereerd dat dit ook kan resulteren in de manifestatie van slaperigheid als gevolg van de uitputting van de glycogeenvoorraden in specifieke kleine delen van de hersenen. Een korte en plaatselijke uitputting van de glycogeenvoorraad betekent dat cellen met minder energie werken dan ze normaal gesproken nodig hebben. Dit veroorzaakt een toename van de synthese van adenosine door de afbraak van AMP. De paper stelt dat de verhoogde niveaus van adenosine worden gedetecteerd door adenosinereceptoren die vervolgens het gevoel van slaapbehoefte triggeren of verhogen (zoals te zien op EEG-scans):

Flowchart of the relation of glycogen to sleep need and replenishment

In NREM-slaap (wat enige ondersteuning kan geven aan de theorie aangezien NREM-slaap 80% van de slaap uitmaakt en fysiologisch het meest verschilt van waken), wordt dit glycogeen het meest efficiënt vervangen. Tijdens NREM-slaap wordt de afgifte van glycogenolyse-inducerende neurotransmitters verminderd, waardoor glycogeensynthase de overhand krijgt en glycogeenspiegels worden hersteld. Deze zelfde neurotransmitters spelen echter een sleutelrol bij de verwerking van sensorische stimuli (door tonisch depolariserende neuronen in de sensorische cortex). Daarom zal glycogeenaanvulling altijd worden geassocieerd met een (sterk) verminderde respons op prikkels .

Dit leidt tot het eindelijk beantwoorden van de vraag waarom slaap een evolutionair voordeel heeft, wat ik zal doen citeer letterlijk om het momentum van de auteur te behouden:

Glycogeenaanvulling tijdens het ontwaken zou onaangepast zijn omdat het het vermogen van het organisme om sensorische prikkels te verwerken en erop te reageren, zou aantasten. Slaap is daarom geëvolueerd als een toestand waarin dieren zich terugtrekken in een veilige omgeving, gedrag wordt onderdrukt en glycogeenvoorraden worden aangevuld .

Is het dus gewoon toeval dat de metabole route van glycogeensynthese in de hersenen is geëvolueerd om te worden gereguleerd door neurotransmitters? Als het onafhankelijk was geëvolueerd, hadden we dan geen slaap nodig?
@MartaCz-C dat is echt een goed punt, en als ik eerlijk ben, heb ik moeite gehad om een ​​antwoord in de literatuur voor je te vinden. Het zou echter kunnen worden gezegd dat, aangezien de glycogeenreserves in wezen een back-upstroomvoorziening zijn, zelfs als er geen neurotransmitters bij betrokken waren, een dergelijke toevoer waarschijnlijk niet zal worden aangevuld zonder een sterk verminderde energievraag (dwz in slaap), omdat anders elke glucose die arriveert zou snel worden gebruikt in plaats van opgeslagen in glycogenese. Het zou eerder een aanpassing dan een toeval kunnen zijn als dit het geval is - een organisme dwingen een rustperiode te nemen om deze voorraden weer op te bouwen.
#3
+9
Innab
2011-12-24 23:49:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Van wat ik heb geleerd, zijn er twee theorieën om die vraag te beantwoorden:

  1. Herstel - het lichaam heeft rust nodig om zijn metabolisme te vernieuwen (als een dier 24/7 actief, het zal constant veel energie en metabolisme verbruiken). Het is aangetoond dat muizen die een tijdje niet hebben geslapen een gecompromitteerd immuunsysteem hebben.

  2. Behoud - slaap wordt verondersteld een overlevingsvoordeel te bieden. De nacht is een gevaarlijke tijd, dus de slaap 'dwingt' een dier een paar uur laag te blijven liggen.

Uw punt 2 zegt precies het tegenovergestelde van het uitgangspunt van de vraag. Zou je wat willen uitbreiden (bv. Wat referenties geven)?
Punt 1 lijkt een rond argument te zijn (of ronduit verkeerd): als het dier niet sliep, zou het kunnen jagen / foerageren voor voedsel. Zelfs als we slapen, verbruiken we * wat * energie, dus deze berekening zal * altijd * gunstig uitkomen als we wakker blijven.
@KonradRudolph - het lichaam verbruikt altijd wat energie, maar de energie die het lichaam gebruikt tijdens het slapen is een fractie van de energie die nodig is om wakker te blijven / jagen / enz.
@nico - Ik vond een fragment uit een boek- [hier] (http://www.trentu.ca/admin/specialneeds/learninginnovations/thinkingandlearning/public/Unit13%20-%20Sleep%20and%20Learning%20Handout.pdf)
@Innab Het is niet relevant dat de energiekosten maar een fractie zijn. Het belangrijkste is dat er überhaupt een is. Reken maar uit, het zal * nooit * gunstig zijn om te rusten in plaats van dezelfde tijd te jagen, omdat de netto energiebalans van de jacht * positief * is (dwz energie-opname in plaats van kosten), dus in totaal zal rusten altijd meer energie dan jagen.
@KonradRudolph is zeker alleen het geval als de jacht succesvol is - daarom kan slapen * minder nadelig * zijn in termen van energieverbruik als de kansen zwaar zijn gestapeld tegen succesvolle predatie op een bepaald tijdstip van de dag.
# 2 geldt ook niet voor nachtdieren; vooral dieren die op verschillende tijdstippen van de dag actief zijn, speciaal om roofdieren te vermijden.
#4
+2
John
2019-09-27 21:52:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Waarom slaap aanhoudt, is vrij eenvoudig, waarom het nodig is, is onbekend.

Slaap lijkt nodig te zijn in elk organisme met hersenen, dat wil zeggen alles met elke soort van concentratie van neuronen. Dat is toen het werd ontkend dat organismen doodgaan. Het enige dat dus hoeft te gebeuren, is dat de voordelen van een brein opwegen tegen de kosten van slaap.

De benodigde slaapduur hangt samen met de hersengrootte, in ieder geval het REM-deel van de slaap andere delen correleren met de stofwisseling. Dit kan schijnbaar verward worden in grotere complexe hersenen (vooral vogels en zoogdieren) wanneer organismen de hersenen beginnen te vouwen om de neurondichtheid te vergroten zonder de algehele grootte te vergroten. In dit geval vergroten deze organismen de "grootte" van de hersenen zonder de hersenen groter te maken, door de dichtheid te vergroten. Erger nog, sommige organismen 'slapen' gedurende lange perioden, maar slechts een kort deel van die tijd heeft betrekking op de neurale activiteit die verband houdt met slaap (zoals REM), slaap bij meer complexe dieren (die met zeer grote complexe hersenen) bevat veel functies.

In organismen met kleine hersenen en een langzame stofwisseling (ook bekend als de vroegste dingen met hersenen) duurt de slaap niet erg lang, dus de kosten zijn minimaal, de voordelen van een brein (en dus leren) kunnen hoog zijn. Later, als de hersenen groter worden, gaan de kosten omhoog, maar dat geldt ook voor het voordeel, als het mogelijk was voor een brein om vast te houden zonder de noodzaak van slaap, dan had het in dit stadium moeten worden geselecteerd. Dus naar alle waarschijnlijkheid is de behoefte aan slaap iets fundamenteel voor de werking van neuronen en kan deze niet worden veranderd zonder hun functie ernstig te verstoren. Het is niet ongebruikelijk dat ongunstige dingen op deze manier evolutionair opgesloten raken, de kosten om ze te veranderen (in dit geval het verlies van hersenfunctie) zijn veel hoger dan de kosten van slaap, dus selectie houdt het in stand.

Nu is de complexiteit van slaap logisch, als je al deze vereiste periode van downtime hebt, is het evolutionair zinvol om iets anders aan te pakken dat het beste in die tijd kan worden gedaan. Het is beter om de triggers en tijd voor bestaande downtime-activiteiten te gebruiken voor andere die worden toegevoegd, dan heb je nog meer downtime. Dus nu hebben we een hele reeks verstorende factoren die modderig worden bestudeerd en het moeilijk maken om te bepalen welke onderdelen essentieel zijn.

We weten niet waarom slaap nodig is , er zijn veel ideeën maar niet veel bewijs. Gezien de complexiteit van slaap is dit niet verrassend, het is niet eenvoudig om uit te zoeken welke functies fundamenteel zijn. Er is een huidige neiging dat het nodig is om metabolieten op te ruimen die de neurale functie verstoren.Het lijkt erop dat dit proces in hoge mate storend is voor de hersenen als de hersenen wakker zijn, tot het punt dat de hersenactiviteit eenvoudigweg wordt stopgezet ( met name beweging) is veel veiliger voor het organisme. Maar zoals bij al het onderzoek is dit zeer voorlopig en wordt slaap slecht begrepen, dus acceptatie is en moet zeer voorlopig zijn.



Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...