Tutti gli animali dormono in qualche modo, nonostante solo uno abbia inventato la sveglia. Questa forma varia da pisolini momentanei a pisolini letargici di 20 ore, a volte coinvolgendo gran parte del cervello, a volte solo una parte (alcuni uccelli possono dormire in volo), e talvolta senza cervello (il sistema nervoso senza cervello delle meduse mostra riduzioni comportamentali simili al sonno). Sorprendentemente, considerando l’intensità della competizione darwiniana per sopravvivere in natura, nessun animale si è ancora evoluto per eliminare questo periodo quotidiano di estrema vulnerabilità – gli studenti di medicina del secondo anno potrebbero piangere a dirotto.
“Il deficit fisiologico che il sonno potrebbe ripristinare è più oscuro, sepolto nel profondo di ogni singola cellula”
L’apparente inevitabilità del sonno nel regno animale suggerisce che il processo sia un requisito fisiologico di un complicato organismo multicellulare, piuttosto che un adattamento per conservare energia o consolidare i ricordi, sebbene il sonno certamente faccia anche queste cose. Altre attività fisiologicamente necessarie, come mangiare e respirare, hanno un chiaro fattore di deficit: mangi per ripristinare bassi livelli di energia; respiri per ottenere ossigeno. Il deficit fisiologico che il sonno potrebbe ripristinare è più oscuro, sepolto nel profondo di ogni singola cellula – in quelle famigerate centrali elettriche, i mitocondri.
I mitocondri sono più interessanti di quanto la maggior parte dei programmi delle scuole secondarie oserebbe suggerire. Ai loro tempi, i minuscoli globuli generatori di energia erano batteri a vita libera, prima di essere consumati da un organismo monocellulare più grande, che offriva sicurezza ai mitocondri in cambio di una generazione di energia altamente efficiente. Questa svolta energetica ha guidato l’evoluzione della vita multicellulare, portando alla fine libri di testo impopolari a spacciarla per la “centrale elettrica della cellula”.
Tuttavia, questa maggiore produzione di energia ha un costo. Quando producono la molecola ATP, la valuta energetica, i mitocondri trasferiscono gli elettroni tra le molecole. A volte questi elettroni si perdono prematuramente, reagendo con l’ossigeno circostante per formare pericolose specie reattive dell’ossigeno (ROS). Se la cellula fosse un piccolo negozio cinese, questi ROS sarebbero tori ancora più piccoli, danneggiando il DNA e le proteine, a volte provocando addirittura la morte della cellula.
“Questi centri intracellulari hanno rafforzato l’evoluzione del sonno e (attraverso la multicellularità) hanno consentito l’evoluzione delle sveglie”
Il collegamento tra i mitocondri che producono energia/ROS e il sonno si presenta sotto forma di studi sul trascrittoma dei moscerini della frutta condotti da Gero Miesenböck e dai suoi colleghi. I geni producono molecole per eseguire i loro ordini; i trascrittomi registrano quante di queste molecole si trovano in una cellula in un dato momento e a quali geni corrispondono, misurando efficacemente l’attività di diversi geni nel tempo. La squadra di Miesenböck ha privato del sonno alcune mosche, consentendo ad altre di riposarsi bene. I dati del trascrittoma delle mosche private del sonno hanno mostrato un’elevata attività nei geni con ruoli di produzione mitocondriale e di ATP – nessun modello simile nelle mosche con una buona notte di sonno. Inoltre, questa attività è stata riscontrata specificamente nei neuroni coinvolti nel controllo del sonno, che codificano il sonno e la veglia.
Quindi, i geni con ruoli mitocondriali sono sovraregolati in risposta alla privazione del sonno. L’osservazione diretta dei mitocondri mostra un miglioramento del comportamento di rinnovamento e riparazione, nonché una maggiore scissione (questo è positivo). Questi cambiamenti possono essere invertiti concedendo alle mosche un po’ di sonno di recupero, suggerendo che inizialmente si sono alzate per compensare il sonno perduto. Ora, ricordate quei ROS simili a tori, creati da elettroni che perdono? La creazione di ulteriori perdite, caricando la fornitura mitocondriale con elettroni extra, fa precipitare il sonno delle mosche. Da questi dati, sembra che il sonno sia una risposta comportamentale per gestire il metabolismo mitocondriale, costantemente necessario a causa dell’eterno compromesso tra la produzione di ATP e ROS, che avviene a livello fondamentale in ogni singola cellula.
Proprio come respirare per ripristinare l’ossigeno, il sonno sembra inevitabilmente necessario per la vita. Come respirare e mangiare, il sonno si svolge a livello dell’intero organismo. A differenza di queste altre funzioni, però, è affidata al metabolismo mitocondriale individuale delle singole cellule. I bisogni mitocondriali sono un fattore costante della vita animale multicellulare, resa possibile dai mitocondri. Queste centrali intracellulari hanno rafforzato l’evoluzione del sonno e, attraverso la multicellularità, hanno consentito l’evoluzione delle sveglie: i mitocondri incapsulano davvero la nostra dualità e ingegnosità umana.
