Question:
Pourquoi le processus du sommeil a-t-il évolué chez de nombreux animaux? Quel est son avantage évolutif?
Gordon Gustafson
2011-12-24 21:10:51 UTC
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Le processus de sommeil semble être très désavantageux pour un organisme car il est extrêmement vulnérable à la prédation pendant plusieurs heures à la fois. Pourquoi le sommeil est-il nécessaire chez tant d'animaux? Quel avantage cela a-t-il donné aux individus qui ont évolué pour l'avoir comme adaptation? Quand et comment s'est-il probablement produit dans le chemin évolutif des animaux?

par exemple. les dauphins ne peuvent pas se permettre de perdre leur pleine conscience lorsqu'ils se reposent, sinon ils se noieraient. Ainsi, leurs cerveaux de mammifères ont évolué de telle manière [que seule la moitié du cerveau dort à la fois] (http://science.howstuffworks.com/environmental/life/zoology/mammals/question643.htm).
De nombreux animaux migrateurs, comme les tortues et les oiseaux, ont également développé ce demi-sommeil cérébral.
Selon un article que j'ai lu, le sommeil aide au processus d'apprentissage et de nombreuses connexions neuronales sont renforcées pendant le sommeil.
Il y a la suggestion dans la communauté (rien de publié que je puisse trouver) que le sommeil a évolué pour empêcher les animaux de s'aventurer lorsque les conditions n'étaient pas favorables à la chasse (par exemple, les chasseurs du jour ont été chassés la nuit, ou les animaux nocturnes lents et furtifs deviennent évidents. dans le rayon de soleil). Il vaut mieux qu'ils se recroquevillent lorsque leurs sens ne sont pas à l'écoute des situations auxquelles ils peuvent être confrontés.
Répondre à certaines parties de votre question est l'objectif du livre [Why We Sleep] (https://www.amazon.com/Why-We-Sleep-Unlocking-Dreams/dp/1501144316) du spécialiste du sommeil Matthew Walker. Le livre est assez populaire et à jour (2017).
Quatre réponses:
#1
+54
DVK
2011-12-24 22:01:39 UTC
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Ce bon article non scientifique couvre certains des avantages habituels (repos / régénération).

L'un des documents de recherche qu'ils ont mentionnés (liés au communiqué de presse) était Conservation du sommeil: aperçus des systèmes modèles non-mammifères par John E. Zimmerman, Ph.D .; Trends Neurosci. 2008 juillet; 31 (7): 371–376. Publié en ligne le 5 juin 2008 doi: 10.1016 / j.tins.2008.05.001; NIHMSID: NIHMS230885 . Pour citer le communiqué de presse:

Parce que le temps du léthargus coïncide avec un moment du cycle de vie des vers ronds où des changements synaptiques se produisent dans le système nerveux, ils proposent que le sommeil est un état nécessaire à la plasticité du système nerveux. En d'autres termes, pour que le système nerveux se développe et change, il doit y avoir un temps d'arrêt du comportement actif. D'autres chercheurs de Penn ont montré que, chez les mammifères, des changements synaptiques se produisent pendant le sommeil et que la privation de sommeil entraîne une perturbation de ces changements synaptiques.

Cela pourrait expliquer pourquoi [la privation de sommeil affecte la fréquence cardiaque] (https://sleepfoundation.org/sleep-news/how-sleep-deprivation-affects-your-heart).
C'est un peu circulaire, dans la mesure où le sommeil étant «nécessaire à la plasticité du système nerveux» signifie simplement que la dépendance de l'adaptation nerveuse au sommeil n'a jamais été sélectionnée. Ça ne répond pas pourquoi
Cet argument ne mentionne pas non plus pourquoi il ne pourrait pas y avoir une architecture cérébrale hautement modulaire et redondante avec au moins 2 modules pour chaque sous-système neuroplastique qui alternent les cycles de sommeil et de réveil. Une telle technologie existe déjà pour les clusters de serveurs et les racks à grande échelle (appelés mise à jour progressive) où un équilibreur de charge est utilisé comme frontal orienté client (acheminement des demandes vers des serveurs prêts à les accepter). Lorsqu'une mise à jour est déployée, les serveurs sont arrêtés, mis à jour et redémarrés de manière «continue», de sorte que la plupart des serveurs sont opérationnels à tout moment pendant la mise à jour.
#2
+27
Rory M
2012-01-29 18:56:02 UTC
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J'ai trouvé cet article de Benington et Heller qui développe la théorie du sommeil mentionnée précédemment comme mécanisme de renouvellement du métabolisme. Ils émettent l'hypothèse que le sommeil est nécessaire pour reconstituer les réserves de glycogène (principalement dans les astrocytes) dans le cerveau. Ces réserves sont normalement utilisées pour compléter la glycémie en raison des besoins énergétiques élevés du cerveau.

Il est suggéré que cela peut également entraîner la manifestation d'une sensation de somnolence suite à l'épuisement des réserves de glycogène dans de petites zones spécifiques du cerveau. Un épuisement bref et localisé des réserves de glycogène signifie que les cellules fonctionnent avec moins d'énergie que ce avec quoi elles doivent normalement travailler. Cela provoque une augmentation de la synthèse de l'adénosine à partir de la dégradation de l'AMP. L'article soutient que les niveaux accrus d'adénosine sont détectés par les récepteurs de l'adénosine qui déclenchent ou augmentent ensuite (comme on le voit sur les échographies EEG) la sensation de besoin de sommeil:

Flowchart of the relation of glycogen to sleep need and replenishment

Dans le sommeil NREM (ce qui peut étayer la théorie car le sommeil NREM représente 80% du sommeil et est le plus physiologiquement différent du réveil), ce glycogène est le plus efficacement remplacé. Pendant le sommeil NREM, la libération de neurotransmetteurs induisant la glycogénolyse est réduite, ce qui permet à la glycogène-synthase de prédominer et de restaurer les niveaux de glycogène. Cependant, ces mêmes neurotransmetteurs jouent un rôle clé dans le traitement des stimuli sensoriels (en dépolarisant toniquement les neurones dans le cortex sensoriel). Par conséquent, la reconstitution du glycogène sera toujours associée à une réponse (fortement) réduite aux stimuli .

Cela conduit finalement à répondre à la question de savoir pourquoi le sommeil a un avantage évolutif, ce que je vais citer textuellement pour maintenir l'élan des auteurs:

La reconstitution du glycogène pendant le réveil serait inadaptée car elle altérerait la capacité de l'organisme à traiter et répondre aux stimuli sensoriels. Le sommeil a donc évolué comme un état dans lequel les animaux se retirent dans un environnement sûr, le comportement est supprimé et les réserves de glycogène sont reconstituées .

Est-ce donc juste une coïncidence si la voie métabolique de la synthèse du glycogène dans le cerveau a évolué pour être régulée par les neurotransmetteurs? S'il avait évolué indépendamment, nous n'aurions pas besoin de sommeil?
@MartaCz-C c'est un très bon point, et si je suis honnête, j'ai eu du mal à trouver une réponse dans la littérature pour vous. Cependant, on pourrait dire que, comme les réserves de glycogène sont essentiellement une alimentation de secours, même si les neurotransmetteurs n'étaient pas impliqués, une telle alimentation n'est pas susceptible d'être reconstituée sans une demande d'énergie considérablement réduite (c'est-à-dire pendant le sommeil) comme sinon tout glucose qui est arrivé serait rapidement utilisé plutôt que stocké dans la glycogenèse. Ce pourrait être une adaptation plutôt qu'une coïncidence si tel est le cas - obligeant un organisme à prendre une période de repos pour reconstituer ces approvisionnements.
#3
+9
Innab
2011-12-24 23:49:37 UTC
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D'après ce que j'ai appris, il existe deux théories pour répondre à cette question:

  1. Restauration - le corps a besoin de se reposer pour renouveler son métabolisme (si un animal est actif 24h / 24 et 7j / 7, il consommera constamment beaucoup d'énergie et de métabolisme). Il a été démontré que les souris qui sont restées un certain temps sans dormir ont un système immunitaire affaibli.

  2. Préservation - le sommeil est supposé conférer un avantage de survie. La nuit est une période dangereuse, donc le sommeil "force" un animal à se coucher pendant quelques heures.

Votre point n ° 2 dit exactement le contraire de la prémisse de la question. Souhaitez-vous développer un peu (par exemple, donner quelques références)?
Le point 1 semble être un argument circulaire (ou carrément faux): si l’animal ne dormait pas, il pourrait chasser / chercher de la nourriture. Même pendant le sommeil, nous dépensons * un * peu d'énergie, donc ce calcul sera * toujours * favorable du côté de rester éveillé.
@KonradRudolph - le corps dépense toujours de l'énergie, mais l'énergie que le corps utilise pendant le sommeil est une fraction de l'énergie nécessaire pour rester éveillé / chasser / etc.
@nico - J'ai trouvé un extrait d'un livre- [ici] (http://www.trentu.ca/admin/specialneeds/learninginnovations/thinkingandlearning/public/Unit13%20-%20Sleep%20and%20Learning%20Handout.pdf)
@Innab Il n’est pas pertinent que la dépense énergétique ne soit qu’une fraction. L'important est qu'il y en ait du tout. Faites le calcul, il ne sera * jamais * avantageux de se reposer au lieu de passer le même temps à chasser, car le bilan énergétique net de la chasse est * positif * (c.-à-d. Consommation d'énergie plutôt que dépense), donc en somme, le repos passera toujours plus d'énergie que la chasse.
@KonradRudolph, ce n'est sûrement le cas que si la chasse est réussie - donc dormir peut être * moins désavantageux * en termes de dépense énergétique si les chances sont fortement élevées contre une prédation réussie à un certain moment de la journée.
Le n ° 2 ne s'applique pas non plus aux animaux nocturnes; en particulier les animaux qui sont actifs à différents moments de la journée spécifiquement pour éviter les prédateurs.
#4
+2
John
2019-09-27 21:52:51 UTC
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Pourquoi le sommeil persiste est assez facile, pourquoi il est nécessaire est une inconnue.

Le sommeil semble être nécessaire dans tout organisme doté d'un cerveau, c'est-à-dire n'importe quel type de concentration de neurones. C'est à ce moment-là que l'on a nié que les organismes meurent. Donc, tout ce qui doit arriver, c'est que les avantages d'un cerveau l'emportent sur le coût du sommeil.

La durée du sommeil nécessaire est en corrélation avec la taille du cerveau, au moins la partie REM du sommeil est en corrélation avec les taux métaboliques. Maintenant, cela peut être apparemment confondu dans des cerveaux complexes plus grands (oiseaux et mammifères en particulier) lorsque les organismes commencent à plier le cerveau pour augmenter la densité des neurones sans augmenter la taille globale. Dans ce cas, ces organismes augmentent la "taille" du cerveau sans agrandir le cerveau, en augmentant la densité. Pire que certains organismes «dorment» pendant de longues périodes, mais seule une courte partie de ce temps implique l'activité neuronale associée au sommeil (comme le sommeil paradoxal), dorment chez plus d ' animaux complexes (ceux avec de très gros cerveaux complexes) contient de nombreuses fonctions.

Dans les organismes avec de minuscules cerveaux et des métabolismes lents (c'est-à-dire les premières choses avec des cerveaux), le sommeil ne prend pas très longtemps, donc le coût est minime, les avantages d'un cerveau (et donc d'apprendre) peuvent être élevés. Plus tard, à mesure que le cerveau grossit, le coût augmente, mais il en va de même pour l'avantage, s'il était possible qu'un cerveau soit conservé sans avoir besoin de dormir, il aurait dû être sélectionné à ce stade. Donc, selon toute vraisemblance, le besoin de sommeil est quelque chose de fondamental dans le fonctionnement des neurones et ne peut pas être changé sans perturber sérieusement leur fonction. Il n'est pas rare que des choses défavorables soient bloquées dans l'évolution de cette manière, le coût pour les changer (dans ce cas, la perte de la fonction cérébrale) est beaucoup plus élevé que le coût du sommeil, donc la sélection le maintient.

À présent, la complexité du sommeil a du sens, si vous avez déjà cette période d'indisponibilité requise, il est logique d'évoluer sur tout ce qui serait mieux fait pendant ledit temps. Mieux vaut utiliser les déclencheurs et le temps pour les activités de temps d'arrêt existantes pour tous les autres qui sont ajoutés, puis ont encore plus de temps d'arrêt. Nous avons donc maintenant une multitude de facteurs de confusion qui brouillent les études et rendent difficile de dire quelles parties sont essentielles.

Nous ne savons pas pourquoi le sommeil est nécessaire , il y a beaucoup d'idées mais pas beaucoup de preuves. Compte tenu de la complexité du sommeil, ce n'est pas surprenant, il n'est pas facile de déterminer quelles fonctions sont fondamentales. Il y a un courant qui penche vers la nécessité d'éliminer les métabolites qui perturbent la fonction neurale, il semble que ce processus soit très perturbateur pour le cerveau si le cerveau est éveillé, au point de simplement arrêter l'activité cérébrale ( mouvement en particulier) est beaucoup plus sûr pour l’organisme. Mais comme pour toutes les recherches, c'est très préliminaire et le sommeil est mal compris, donc l'acceptation est et devrait être très provisoire.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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