הצורך בשינה מאפיין את כל היצורים בעולם, החל ממדוזות, עבור לדגים וכלה בבני אדם. על פניו אין היגיון אבולוציוני בשינה שכן בעל החיים הישן פגיע לסכנות, ובייחוד לטריפה ע"י אויבים, והסיבה הביולוגית לכך שחוסר שינה ממושך מוביל לבסוף למוות תמיד הייתה בגדר תעלומה. היעדר שינה או מחסור בשינה משפיעים על תפקוד המוח – כפי שנראה למשל במבחני למידה וזיכרון. זה מחזק את הטענה ששינה היא חיונית, וששלילתה גורמת לקריסת מערכות במוח.
מחקר מאוניברסיטת בר אילן שהתפרסם בכתב העת Nature Communications מציע תיאוריה פורצת דרך לחיוניות השינה: כאשר אנו ישנים, תאי העצב שלנו "נחים" מתפקודם הרגיל ומפנים משאבים להפחתה של נזקי DNA שהצטברו במהלך העירות. המחקר נעשה במעבדתו של פרופ' ליאור אפלבום מהפקולטה למדעי החיים ומהמרכז הבינתחומי לחקר המוח והוביל אותו תלמיד דוקטורט של אפלבום, דוד זאדה.
"המייחד את התיאוריה שלנו הוא בכך שהיא מניחה שיש לשינה חשיבות ברמת התא הבודד ולא רק לבעל החיים השלם", אמר זאדה לאתר מכון דוידסון. "מכיוון שבכל בעלי החיים שישנים ונחקרו עד כה יש תאי עצב, ובתאים אלו יש גרעין, שיערנו שהשינה קשורה לשינויים בגרעין, שבו נמצא ה-DNA". עם זאת, הוא מודה שהתוצאות הפתיעו גם אותו ואת עמיתיו, ושהם לא שיערו עד כמה חזק הקשר הזה.
הדמית הפעילות של כרומוזומים (אדום) ושל תאי עצב (ירוק) במוח של דגיג זברה חי | צילום: דוד זאדה, מעבדת ליאור אפלבום
שינה והתא הבודד
החוקרים השתמשו בדגי זברה – בעלי חיים שבצעירותם הם שקופים, לרבות הגולגולת שלהם – מה שמאפשר לצפות בזמן אמת במה שמתרחש במוחם. כמו בני אדם, גם הם ישנים בלילה (בניגוד לחיות מודל אחרות כמו חולדה ועכבר שהם פעילי לילה). כדי לעקוב אחר תנועת הכרומוזומים, שמכילים את ה-DNA, החוקרים פיתחו שיטה לסימון שלהם בתאי עצב, עד כדי אפשרות לרדת לרזולוציה של תאים בודדים. החוקרים צילמו את תא העצב בתלת-ממד בנקודות זמן שונות וכך גילו שכאשר הדג ער, תנועת הכרומוזומים בגרעין נמוכה ומצטבר נזק ב-DNA, בצורת שבר בסליל הכפול (double strand break). אם הדג נשאר ער זמן רב, הנזק עלול להגיע לרמות מסוכנות.
ממה נגרם הנזק? לדברי זאדה, יכולות להיות כמה סיבות: למשל, קרינה על-סגולה שכולנו נחשפים אליה ברמה כזו או אחרת; הצטברות רדיקלים חופשיים שמחמצנים את ה-DNA; או פשוט פעילות גבוהה של תאי העצב שמחייבת ייצור של חלבונים שדרושים לפעילות: כדי להתחיל בייצור החלבונים יש לייצר מה-DNA עותקי RNA שייצאו מהגרעין, ויצירת שברים דו-גדיליים מקלה על תהליך זה.
תהא אשר תהא הסיבה לנזק, תנועת הכרומוזומים הכרחית לתיקונו, שכן הנזק לא תוקן בצורה יעילה כאשר היא הופסקה באופן מלאכותי. במהלך השינה תנועת הכרומוזומים עולה בערך פי שניים לעומת מצב עירות – וזו עדות לתחזוקה יעילה של גרעין התא, שבו נמצא ה-DNA. במילים אחרות, החוקרים טוענים ששינה מחזירה את רמות הנזק ל-DNA לערכים נורמליים, שהתא יכול להתמודד איתם, בכל תא עצב. אולם תחזוקת ה-DNA אינה יעילה דיה כשתאי העצב עסוקים, בשעות העירות. הדבר דומה לכביש שצובר נזקים במהלך היום, כאשר עומס התנועה עליו גדול, ואפשר לתחזק אותו ביעילות רק בלילה, כאשר התנועה דלילה.
האם גם תאים אחרים מתקנים את ה-DNA שלהם כשהחיה ישנה? החוקרים בדקו שני סוגי תאים נוספים – תאי אנדותל שהם חלק מכלי הדם שנמצאים גם במוח ותאי גְלִיה, תאי התמך של מערכת העצבים, ולא מצאו אצלם הבדלים בדינמיקה של הכרומוזומים בין הלילה ליום, כך שלפחות כעת נראה שהמנגנון ספציפי לנוירונים – תאי העצב.
הדמיה של פעילות הכרומוזומים (ירוק) בתוך תא עצב יחיד (אדום, מוגדל בתיבה המקווקוות) | מקור: מעבדת ליאור אפלבום
הטיה של שיווי המשקל
על סמך הממצאים הציעו החוקרים מודל שמתאר את תפקיד השינה. לפי מודל זה, יש שיווי משקל במהלך היממה בין יצירה של נזקים ב-DNA לבין תיקון שלהם. שיווי המשקל ביום נוטה לכיוון של יצירת נזקים, כי פעילות התא גבוהה, ובו בזמן תנועת הכרומוזומים קטנה מכדי לאפשר תיקון יעיל של הנזקים. כאשר הנזקים מצטברים מעבר לסף מסוים, מופעלות רשתות של תאי עצב שמשרות שינה, ואז שיווי המשקל נוטה לכיוון של תיקון נזקים. יש כמה ניסויים שמחזקים את הטענה הזו: למשל, כאשר גורמים לדג לישון באמצע תקופת העירות שלו באמצעות הוספה של הורמון השינה מלטונין למים, רואים עליה בתנועות הכרומוזומים. ולהיפך: הפרעה לשנת הדג במשך הלילה משרה ירידה בתנועת הכרומוזומים לרמות הדומות למצב ערות טבעי במשך היום.
השלב הבא של המחקר יהיה לבדוק מה קורה בתאי עצב שפעילים באופן ספציפי במהלך השינה באזורי מוח שונים. שאלה נוספת היא מה קורה למנגנוני התיקון של ה-DNA בבני אדם בכלל ובמהלך חלום בפרט. כיוון מעניין נוסף הוא לבדוק מדוע יש קשר בין מחסור בשינה, נזקי DNA ומחלות ניווניות. למשל, נמצא שמחסור בשינה מעלה את הסיכון למחלת אלצהיימר. המחקרים האלה מטבע הדברים רלוונטיים יותר לבני אדם, אולם החוקרים מעוניינים גם לראות מה קורה ביונקים אחרים ואף בבעלי חיים שאינם יונקים כמו תולעים וזבובים.
זאדה מסכם: "לעיתים אנו נוטים לוותר על שינה כשיש לנו משהו חשוב לעשות ואנו חושבים שהשינה פחות חשובה. החשיבות של המחקר שלנו, ובכלל של מחקרי שינה, הוא שהם מראים שהתפיסה הזו שגויה: נראה ששינה טובה אינה מותרות, אלא ממש הכרח".
