- Za hranicí spánku (1) – Proč existuje spánek?
Každou noc vypnete vědomí a ležíte hodiny skoro bezbranní. Když přijde predátor, požár nebo výpadek dechu, reakce trvá déle. Evoluce měla miliardy let na to, aby spánek zrušila, pokud by byl jen luxus. Nezrušila ho. Buď je cena za vypnutí nižší než cena za nepřetržitou plnou bdělost, nebo spánek dělá práci, kterou bdělost neumí.
Otázka tohohle seriálu je o stupeň tvrdší než výběr matrace. Jak daleko smí organizmus stáhnout metabolizmus (spotřebu energie) a ještě se vrátit? Spánek je na té ose teprve začátek. Za ním leží denní torpor, pravá hibernace, medvědí zimní útlum, estivace a kryptobióza. Dál už je smrt, odkud návrat fyziologicky končí.
Proč vypínat, když to bolí
Jerry Siegel to v článku Sleep viewed as a state of adaptive inactivity popisuje jako přizpůsobenou nečinnost. Je to stav, který snižuje spotřebu a zranitelnost v době, kdy aktivita stejně nepřinese potravu ani výhodu. Schopnost rychle se vzbudit na důležitý podnět přitom zůstává. Rodič usne při bouřce a vyskočí na tiché zavzlykání. Sysel s tělesnou teplotou pod nulou hraje jinou hru, protože zahřátí mu trvá desítky minut až hodiny.
Pořád je to stejný trojúhelník:
- Kolik energie ušetříte, když metabolizmus klesne.
- Jak rychle se umíte vrátit.
- Jak moc riskujete, než se vrátíte. Jde o predátory, poškození tkání a zamrznutí.
Spánek drží hlavně bod 2. Šetří méně než hibernace, zato buzení stihne v řádu sekund. Hibernace tlačí bod 1 na maximum a bod 2 obětuje. Kryptobióza jde ještě dál a skoro vypne chemii života. Smrt vypne i možnost návratu.
Slovníček na start
Pojmy se v literatuře překrývají a různé skupiny živočichů si je půjčují jinak. Pro seriál stačí pracovní vymezení.
Bdělost je plná schopnost reagovat a řídit tělo. Účet je vysoký, zvlášť u mozku.
Spánek je útlum, ze kterého se jde vrátit. Mozek při něm jede charakteristickým režimem. U savců a ptáků se střídá hlubší fáze s pomalými vlnami (NREM) a fáze s rychlými pohyby očí (REM). Probouzení je rychlé. Celý cyklus se opakuje zhruba jednou za den. Metabolizmus klesá, ale tělesná teplota u člověka klesne jen o zlomek stupně až o stupeň, ne o desítky.
Denní torpor je krátký řízený pokles metabolizmu a často i teploty, typicky pod 24 hodin. Zvíře se mezitím krmí. Dělá to kolibřík v noci a bělozubka při nedostatku potravy.
Hibernace není jeden spánek na celou zimu. Skládá se z boutů. Bout je jeden souvislý kus hlubokého útlumu, který trvá dny až týden a končí tím, že se zvíře samo zahřeje. Zvíře pak zase vychladne a začne další bout. Obvykle k tomu patří zásoby tuku nebo skrýš. Tak to mají sysel, svišť a netopýr.
Medvědí zimní spánek je dlouhé období v doupěti bez jídla a pití. Metabolizmus je silně přibrzděný, ale tělesná teplota zůstává relativně vysoko. Zvíře jde vzbudit snáz než sysla uprostřed boutu.
Estivace je letní útlum při suchu a horku. Brumace je zimní útlum u ektotermů, tedy živočichů, jejichž tělo si netopí vlastním metabolizmem. Diapauza je zastavení vývoje u hmyzu, často podle délky dne. Logika útlumu je příbuzná, jen spouštěč se liší.
Kryptobióza je stav, kdy život skoro není měřitelný. Metabolizmus klesne blízko nule, často potom, co tělo ztratí vodu. V tom stavu vydrží, dokud okolí dovolí návrat.
Narkóza a anestezie jsou útlum vědomí a reflexů způsobený léky. S přírodním útlumem sdílejí některé projevy, regulační program ale mají jiný.
Smrt je nevratné zastavení funkcí, které drží tělo jako jeden celek. U člověka je klinickou i právní hranicí smrt mozku. Na kontinuu je to konec osy, ne další hlubší spánek.
Spíš osa než šuplíky
Ruf a Geiser na stovkách druhů ukázali, že denní torpor a hibernace nejsou jen slabší a silnější verze téhož. Liší se délkou boutů, minimální teplotou i tím, jak moc metabolizmus klesne proti klidové spotřebě. Přesto sedí na jedné ekologické mapě. Patří na ni malá těla, sezónní nedostatek energie a vyšší zeměpisná šířka. Siegel na tu samou čáru přizpůsobené nečinnosti kreslí i spánek, jako její mělký konec. Wilsterman a kolegové chtějí pro útlum u hmyzu i u obratlovců společný jazyk spouštěčů a hloubky.
Jinými slovy když někdo řekne, že medvěd spí zimním spánkem, zeptejte se na teplotu, metabolizmus a rychlost buzení. Podle odpovědi poznáte místo na ose.
Most k velikosti
Malý teplokrevný savec žije na hraně. O tom jsme psali v Limitech velikosti organizmů. Bělozubka musí jíst skoro pořád, jinak spadne do torporu. Velký savec drží teplo snáz a denní torpor jako běžný režim nepotřebuje. Stejná fyzika povrchu a objemu, která limituje velikost, limituje i to, jak smíte šetřit. Za hranicí spánku tu vazbu uvidíte znovu u kolibříka a sysla.
Co seriál udělá dál
Nejdřív přijde toolkit, sada veličin, kterými se hloubka vypnutí měří. Pak přijde spánek, který umí šetřit a přitom slyšet. Potom vyjdeme z obyčejné noci. Na řadě bude polovina mozku vzhůru, denní torpor, pravá hibernace, medvěd, letní a hmyzí útlum a kryptobióza. Nakonec narkóza a smrt ukážou, kde návrat přestává být možný. Osa se tím složí do mapy.
Spánek už známe. Zajímavé to začne být tam, kde nestačí říct, že zvíře zrovna spí.
