Мы не созданы спать всю ночь: почему эволюция запрограммировала человека бодрствовать в темноте

В середине двадцатого века физиология сформулировала базовое правило: человек — это чисто дневной вид. Эксперименты немецкого исследователя Юргена Асхоффа и французского спелеолога Мишеля Сиффра наглядно показали, как работают наши внутренние часы. Ученые изолировали добровольцев в подземных бункерах и глубоких пещерах, полностью лишая их солнечного света, часов и любых ориентиров во времени. Участники экспериментов неизменно сохраняли суточный ритм около 24 часов: температура их тела повышалась утром, падала к ночи, а периоды максимальной работоспособности приходились исключительно на условное дневное время.

Анатомия человека подтверждала эти выводы. Строение нашего глаза не приспособлено к темноте. В сетчатке преобладают колбочки, отвечающие за распознавание цветов при ярком освещении, а отражающий слой, который помогает видеть ночью большинству хищников, у нас отсутствует. На основании этих фактов наука на десятилетия закрепила классификацию: человек активен днем и физиологически обязан спать ночью.

Однако антропологические наблюдения за пределами лабораторий выявили нестыковку. Когда исследователи начали изучать реальный режим дня в традиционных обществах, не знающих электричества, выяснилось, что люди не укладываются спать сразу после заката и не спят непрерывно положенные восемь часов.

Новое исследование антрополога Дэвида Сэмсона из Университета Торонто, опубликованное в научном издании Journal of Human Evolution, предлагает пересмотреть устоявшуюся классификацию. На основе высокоточных биометрических замеров и анализа эволюционных моделей ученый доказал: сохраняя дневную биохимию, человек развил уникальную поведенческую гибкость и способен распределять свою активность по всем 24 часам суток.

Три режима активности: что такое катемеральность

В зоологии животных традиционно делят по времени их бодрствования:

• Дневные виды проявляют активность исключительно при солнечном свете.
• Ночные виды выходят на охоту и поиски пищи только в темноте.
• Сумеречные виды концентрируют свои действия в узкие окна на рассвете и закате.

В конце 1980-х годов приматологи ввели четвертую категорию — катемеральность. Катемеральными называют животных, которые не привязаны к конкретному времени суток. Они способны распределять активность и периоды отдыха короткими отрезками и днем, и ночью, подстраивая свое поведение под температуру воздуха, фазы Луны, сезонную нехватку еды или присутствие хищников. Долгое время этот режим считался редкой особенностью примитивных приматов — например, некоторых видов мадагаскарских лемуров. Человекообразных обезьян и человека в эту категорию никогда не включали.

Сэмсон выдвинул гипотезу суточной пластичности человека. Она утверждает, что поведение Homo sapiens намного ближе к катемеральному типу, чем считалось ранее. Чтобы доказать это, требовалось сопоставить данные человека с активностью других приматов в равных, естественных условиях.

Эксперимент в саванне: замеры реального движения

Чтобы исключить влияние электрического света, будильников и рабочего графика современной цивилизации, объектом исследования стала популяция охотников-собирателей хадза в северной Танзании. Образ жизни хадза максимально приближен к условиям, в которых формировался наш вид: они живут во временных лагерях, спят у костров или под открытым небом и полностью зависят от естественного освещения.

В исследовании приняли участие 33 взрослых добровольца. На их запястья закрепили профессиональные актиграфы. Это медицинские датчики движения, которые с помощью трехосевого акселерометра фиксируют физическую активность каждую минуту с высокой точностью. Точно такие же приборы ученые использовали для фиксации активности девяти видов других приматов, включая строго дневных гиббонов и семь видов лемуров.

Для объективного сравнения исследователи рассчитали отношение дневной активности к ночной (индекс DNTR). Он вычисляется как среднее количество минут активного движения в час днем, разделенное на среднее количество минут активности в час ночью. Значение индекса, близкое к единице, указывает на равную активность днем и ночью. Чем выше цифра, тем сильнее вид привязан к исключительно дневному образу жизни.

Результаты прямых измерений показали:

1. Гиббоны продемонстрировали классическое строго дневное поведение. Ночью они двигаются в среднем всего 2.11 минуты в час, а их индекс DNTR равен 35.60. Наступление темноты для них означает практически полную неподвижность.
2. Хадза показали высочайший уровень ночной активности среди всех исследованных групп — 24.10 минуты движения в час. Днем их активность составила 52.31 минуты в час.
3. Итоговый индекс DNTR для человека составил 2.36. Это означает, что суточное распределение движений у человека почти не отличается от показателей катемеральных лемуров, у которых этот индекс колеблется от 2.42 до 2.93.

Люди в естественной среде не спят непрерывно всю ночь. Они просыпаются, разговаривают, поддерживают огонь, выполняют социальные задачи и снова засыпают. Их средняя продолжительность сна составляет всего 6.4 часа в сутки, а остальное время распределяется между дневной деятельностью и ночным бодрствованием.

Эволюционные расчеты: связь мозга и гибкости расписания

Во второй части работы Сэмсон собрал расширенную базу данных по 24 видам приматов, объединив сведения об их поведении, строении тела и среде обитания. Чтобы понять, какие именно параметры заставляют виды менять свой график, ученый использовал филогенетический статистический метод наименьших квадратов (PGLS). Этот метод позволяет оценить связь признаков с учетом степени родства между видами на эволюционном древе.

В модель заложили шесть независимых параметров:

• среднюю массу тела взрослых особей;
• уровень полового диморфизма (разницу в размерах самцов и самок);
• процент растительной пищи (листьев) в диете;
• тип укрытий для сна (открытые ветви, гнезда, дупла);
• общую продолжительность сна;
• объем черепной коробки (показатель абсолютного размера мозга).

Статистический анализ исключил большинство экологических факторов. Масса тела, особенности питания и даже тип убежища не показали прямой связи с гибкостью поведения. Единственным ключевым фактором, определяющим способность вида бодрствовать ночью, оказался объем черепной коробки (уровень статистической значимости p = 0.0046). Чем крупнее мозг примата, тем выше его индекс пластичности суточного ритма.

Чтобы выяснить, как именно формировался этот признак, Сэмсон протестировал модели эволюционного развития. Статистика показала, что суточная гибкость человека не могла возникнуть в результате случайных мутаций.

Наилучшие результаты показала двухрежимная математическая модель Орнштейна — Уленбека. Она подтвердила, что естественный отбор целенаправленно вел линию человека к отдельному адаптивному оптимуму (значение оптимума 7.47), в то время как остальные приматы закрепились на более низком уровне пластичности (значение оптимума 4.96). В ходе эволюции Homo sapiens сознательно осваивал темное время суток.

Теория социального сна: как выжить на земле

Чтобы понять биологические причины этой пластичности, необходимо взглянуть на условия жизни предков человека в плейстоцене. Большинство высших приматов строит гнезда на вершинах деревьев. Это защищает их от нападения крупных наземных хищников и позволяет безопасно спать по 10-12 часов в сутки.

Когда предки человека перешли к прямохождению и вышли в открытую саванну, они столкнулись с необходимостью спать на земле. Для крупного примата это означало смертельный риск: в саванне активны ночные хищники — саблезубые кошки, предки современных львов, леопарды и гиены.

Ответом на эту угрозу стала Теория социального сна, сформулированная Дэвидом Сэмсоном. Она объясняет, как культура и социальная организация изменили биологию сна человека.

1. Компрессия сна

Человек развил самый короткий сон среди всех высших приматов: в среднем 6-7 часов вместо 10-12. Однако этот сон стал значительно плотнее. Человеческий мозг увеличил долю фазы быстрого движения глаз (REM-сон) и глубокого медленноволнового сна. Это позволило восстанавливать ткани организма и упорядочивать память за более короткий срок. Уменьшив время обязательного сна, человек высвободил более 17 часов непрерывного бодрствования в сутки.

2. Технологическая безопасность

Освоение огня дало предкам человека свет и термический барьер против диких зверей. Огонь сделал безопасным пребывание на земле и позволил перенести часть активности на вечернее и ночное время: у костра изготавливали орудия, распределяли пищу и передавали опыт.

3. Распределение хронотипов («эффект часовых»)

Существование «жаворонков» и «сов» — это не сбой в работе организма, а эволюционный механизм групповой безопасности. В традиционном лагере люди разного возраста имеют разные биоритмы: пожилые просыпаются задолго до рассвета, подростки и молодые охотники засыпают глубоко за полночь. За счет естественного несовпадения графиков в группе охотников-собирателей почти всегда кто-то бодрствует или находится в фазе чуткого поверхностного сна. Лагерь находится под непрерывным естественным наблюдением без необходимости назначать принудительные дежурства.

Цена гибкости: почему древняя адаптация опасна в XXI веке

Гибкость суточного графика помогла древнему человеку выжить в опасной среде и заселить разные природные зоны. Но в условиях современной цивилизации этот механизм начал работать против нас.

Древняя пластичность сна строилась на балансе:

• Биохимия тела осталась дневной. Производство гормона сна мелатонина, чувствительность клеток к инсулину, работа иммунитета и пищеварительной системы жестко привязаны к солнечному циклу.
• Поведение стало адаптивным. Человек способен подавлять сигналы усталости и бодрствовать ночью, если того требуют обстоятельства.

В первобытном обществе ночное бодрствование регулировалось естественными факторами: температурой окружающей среды, фазами Луны и потребностями племени. В XXI веке человек создал среду с круглосуточным искусственным освещением, постоянной температурой в помещениях и непрерывным потоком информации.

Поскольку поведение легко подстраивается под внешние стимулы, человек легко игнорирует наступление ночи. Но внутренняя биохимия не успевает за поведением. Возникает хронический циркадный десинхроноз — состояние, при котором действия человека расходятся с работой его внутренних органов.

Регулярная активность в ночные часы в условиях электрического света приводит к:

• нарушению углеводного обмена и развитию сахарного диабета второго типа;
• сбоям в работе сердечно-сосудистой системы;
• системным воспалительным реакциям;
• развитию депрессивных состояний и снижению когнитивных функций.

Пластичность, которая когда-то спасала людей от ночных хищников в саванне, в постиндустриальном мире стала причиной широкого спектра хронических заболеваний.

Выводы

Исследование Дэвида Сэмсона меняет базовые представления о биологии человека:

1. Человек не является строго дневным приматом. По характеру распределения движений и времени сна Homo sapiens занимает промежуточное, катемеральное положение, демонстрируя высокую активность в темное время суток.
2. Гибкость расписания напрямую связана с эволюцией мозга. Рост объема черепной коробки позволил сжать сон во времени, сделав его более эффективным, и высвободить часы для ночной активности.
3. Безопасный ночной сон стал возможен благодаря социуму. Огонь, коллективная защита и разница индивидуальных хронотипов превратили ночевку на земле из смертельной угрозы в устойчивую форму существования.
4. Современные нарушения сна — это биологическая расплата. Наша нервная система сохраняет способность бодрствовать ночью, но наши внутренние органы по-прежнему требуют дневного режима, что делает человека крайне уязвимым перед круглосуточным искусственным освещением.

Человеческий вид состоялся благодаря способности приспосабливать свое поведение к любым условиям среды. Однако понимание эволюционных истоков нашего сна напоминает: поведенческая гибкость не отменяет фундаментальных биологических законов, на которых построена работа нашего организма.

Источник: Journal of Human Evolution