Ez a kicsinyke szerv az egyetlen felelőse annak, hogy elérkezik az álom ideje számunkra.
Miért van szükségünk az alvásra? Nyilvánvaló, hogy a pihenés az egyik fő oka, de mit is takar ez valójában? Miért olyan elengedhetetlen ez a megújító folyamat számunkra?
Már eddig is sejtettük, hogy az alvás alapvető fontosságú a test energiarendszereinek fenntartásában. Most azonban az Oxfordi Egyetem legújabb kutatása, amely a Nature folyóiratban látott napvilágot, új megvilágításba helyezi a témát. A tanulmány felfedte, hogy az alvás iránti vágyat az agysejtekben felhalmozódó elektromos stressz generálja.
A kutatás vezetését Gero Miesenböck professzor, az Oxfordi Egyetem Élettani, Anatómiai és Genetikai Tanszékének szakembere, valamint Dr. Raffaele Sarnataro, az Idegrendszeri Áramkörök és Viselkedés Központ munkatársa vállalta magára. A kutatócsoport felfedezett egy olyan fizikai mechanizmust, amely új fényt vet biológiai szükségletünkre: az alvásra. Eredményeik arra mutatnak rá, hogy a folyamat mögött egy apró, szabad szemmel nem látható sejtszervecske, a mitokondrium áll, amely, mint tudjuk, az oxigént és a tápanyagokat energiává alakítja.
A sejtek energiatermelésének szíve a mitokondriumokban zajló Szent-Györgyi-Krebs-ciklus, más néven citromsavciklus, amely az acetil-CoA lebontása révén szén-dioxidot állít elő. E folyamat során jelentős mennyiségű energiát tároló molekulák, mint például NADH és FADH₂ keletkeznek. Ezek az elektronhordozók a mitokondrium belső membránján elhelyezkedő elektronszállító láncba lépnek, ahol elektronjaik átadásával proton-grádiens alakul ki. E grádienst az ATP-szintáz enzim kihasználja, lehetővé téve az ATP, mint energiahordozó előállítását ADP-ből és foszfátból. Bár a Szent-Györgyi-Krebs-ciklus közvetlenül csupán korlátozott mennyiségű ATP-t termel, nélkülözhetetlen szerepet játszik a fő energiahordozók, azaz NADH és FADH₂ előállításában, amelyek az oxidatív foszforiláció során biztosítják a sejtek energiaszükségletének legnagyobb részét.
A legújabb kutatás fókuszában az áll, hogy amikor a Szent-Györgyi-Krebs-ciklus túlzott mennyiségű elektront termel, a mitokondriumok terheltsége megnő, és ennek következtében elektronok kezdhetnek szivárogni. Ez a szivárgás nem csupán egy egyszerű jelenség: veszélyes, reaktív oxigénmolekulákat generál, amelyek komoly károkat okozhatnak a sejtekben. A gyümölcslegyeken végzett vizsgálatok során kiderült, hogy ez a folyamat különösen az alvást szabályozó idegsejtekben figyelhető meg. Ekkor a szervezet úgynevezett "alvó üzemmódba" lép, hogy helyreállítsa a belső egyensúlyt. Így az alvás a citromsavciklus és az aerob anyagcsere természetes, elkerülhetetlen következményének tűnik.
"Nem kívánjuk, hogy a mitokondriumok túlzottan sok elektront bocsássanak ki" - magyarázta Dr. Sarnataro. "Ha ez bekövetkezik, olyan molekulák jönnek létre, amelyek komoly kockázatot jelentenek a sejtek jólétére."
Úgy tűnik, hogy ezek a specializált idegsejtek egyfajta áramköri megszakítóként funkcionálnak: amikor az elektronszivárgás elér egy kritikus szintet, aktiválják az alvás folyamatát, hogy helyreállítsák a rendszert és megakadályozzák a további károsodást. A tudósoknak sikerült kísérletileg is megerősíteniük ezt az elméletet: felfedezték, hogy az alvás időtartama befolyásolható a mitokondriumok energiakezelésének módosításával. Például, amikor fényérzékeny fehérjék segítségével extra elektronokat juttattak a sejtekbe, az állatok alvásigénye megnőtt. Ez azt sugallja, hogy minél több energia termelődik, annál nagyobb a szivárgás, ami együtt jár az alvás iránti fokozott igénnyel.
Miesenböck professzor így foglalta össze a felfedezést:
Most érkezett el az idő, hogy mélyebben megértsük, miért van szükségünk alvásra, és miért tapasztaljuk ezt a belső késztetést. Bár évtizedek óta folynak kutatások e témában, eddig senkinek sem sikerült egyértelmű fizikai okot találni. Legújabb eredményeink arra utalnak, hogy a válasz az aerob anyagcserében rejlik. Amikor a kulcsfontosságú idegsejtek mitokondriumai túltelítődnek, az agy automatikusan alvásra kapcsol, hogy elkerülje a túlterhelést.
A kutatás új fényt vet az anyagcsere, az alvás és az élettartam közötti kölcsönhatásokra. Például a kisebb testű állatok, amelyek testtömeg-kilogrammonként nagyobb oxigénfelhasználással bírnak, általában hosszabb időt töltenek alvással és rövidebb életűek. Ezen kívül, a mitokondriális rendellenességekkel küzdő emberek gyakran szenvednek súlyos fáradtságtól, még akkor is, ha nem végeznek fizikai aktivitást. Mostanra úgy tűnik, hogy ez a mechanizmus segíthet megérteni ezeket a jelenségeket.
Ahogyan Dr. Sarnataro kifejtette:
