¿Por qué dormimos? Es algo que dedicamos alrededor de un tercio de nuestras vidas a hacer, pero hasta el día de hoy los científicos han debatido por qué. El período de letargo en el que la conciencia desciende a un estado subconsciente es compartido por todos los animales con un sistema nervioso central y está ligado al ciclo diurno. Sin embargo, no puede ser una cuestión de seguridad en la oscuridad, porque muchos animales son nocturnos y la mayoría de los animales activos durante el día toman siestas. La noche, además, es función de la latitud. Cerca de los polos, el sol nunca se pone durante meses seguidos. Los científicos han aprendido mucho sobre el sueño; pueden medir ondas cerebrales, clasificar patrones de sueño como MOR (movimiento ocular rápido) y NMOR (Sin MOR) y observar los efectos de la privación del sueño. Tienen hipótesis, pero el propósito del sueño sigue siendo difícil de alcanzar.
Cinco científicos de cinco instituciones en Estados Unidos y el Reino Unido examinaron «los datos publicados más completos sobre el sueño durante el desarrollo humano y entre especies» para responder a la pregunta. Al publicar sus resultados en la revista de acceso abierto de la AAAS Science Advances1, creen que han encontrado patrones que limitan las posibles funciones.
Los estudios comparativos, del desarrollo, fisiológicos y humanos se han utilizado de manera fructífera para abordar cuestiones sobre la naturaleza del sueño. Sin embargo, debido a que los datos rara vez se analizan de una manera que los conecte con modelos matemáticos o predicciones cuantitativas, las conclusiones sobre la función del sueño han evolucionado lentamente. En este contexto, desarrollamos una teoría general para la función del sueño que proporciona un marco para abordar varias preguntas fundamentales, como ¿Cuáles son los roles relativos de reparación y reorganización durante el sueño? ¿Y estos cambian durante el desarrollo ontogenético? [Énfasis añadido.]
En la declaración anterior, la palabra «evolucionar» se refiere a búsquedas de respuestas diseñadas inteligentemente por científicos. En el artículo, los científicos se suscriben claramente a otro tipo de evolución, el darwinismo, creyendo que el sueño, como todo lo demás en biología, evolucionó por mutación aleatoria y selección natural. Y, sin embargo, su sexto sentido sabe que debe existir una función para dormir. Ésta es una falacia común entre los evolucionistas; piensan que pueden obtener fines con un propósito a partir de procesos aleatorios. Siguen una máxima cartesiana distorsionada: «existe, por lo tanto evolucionó».
El sueño es una parte tan arraigada y necesaria de nuestras vidas que a menudo damos por sentado sus funciones y orígenes. Suponiendo que el sueño evolucionó para cumplir alguna función primaria, es casi seguro que múltiples funciones fisiológicas se han sumado a esta característica omnipresente y lenta de la vida animal.
Morir para descansar
Los experimentos muestran que los animales morirán sin dormir. Las pruebas de privación prolongada del sueño muestran que las moscas de la fruta, las ratas y los perros nunca se despiertan después de cierto punto. Incluso los humanos, ya sea probando sus límites en un maratón de baile para un récord mundial Guinness, escapando del peligro o siendo torturados, colapsarán en un punto, como si la naturaleza imponga el requisito de dormir. Los bomberos y otros socorristas de emergencia pueden ser entrenados para despertar repentinamente de un sueño profundo, pero eventualmente deben tomar descansos lo suficientemente largos para obtener los beneficios de un sueño ininterrumpido. Sin embargo, desde un punto de vista evolutivo, dormir es un riesgo para la aptitud: un depredador o enemigo puede atacar cuando la presa no se da cuenta. Seguramente la selección natural eliminaría a los no aptos que caen presa durante el sueño y favorecería a los que pueden permanecer despiertos, ¿no es así? Sin embargo, ese no es el caso de insectos, reptiles, aves, mamíferos o humanos.
La omnipresencia del sueño durante el desarrollo y en todo el reino animal sugiere que es un proceso biológico que es necesario para la supervivencia. Aunque pasamos aproximadamente un tercio de nuestra vida durmiendo, su función fisiológica y evolutiva explícita sigue sin estar clara y se postulan innumerables hipótesis. Dos de las principales hipótesis son que el sueño permite (i) la reparación y el aclaramiento necesarios para corregir y prevenir el daño neuronal y (ii) la reorganización neural necesaria para el aprendizaje y la homeostasis sináptica. Estas hipótesis son convincentes porque ninguno de estos procesos puede lograrse fácilmente en estados de vigilia, y existe evidencia empírica de apoyo de que ocurren durante el sueño.
La hipótesis n. ° 1 sobre la reparación y el aclaramiento se discutió en nuestro artículo reciente sobre los relojes circadianos. Este equipo encontró apoyo adicional para esa función, pero también para la hipótesis n. ° 2 sobre la reorganización neuronal. Un hallazgo importante fue que la función cambia del número 2 al número 1 en una etapa predecible de la vida que es bastante repentina. Al analizar los datos de animales y humanos, hicieron estos hallazgos principales:
Recopilamos e integramos datos para el tiempo total de sueño, el tiempo de sueño MOR, el peso del cerebro, el peso corporal, la tasa metabólica cerebral y la densidad sináptica según una revisión sistemática de la literatura. El conjunto de datos resultante abarca de 0 a 15 años de edad y representa acumulativamente alrededor de 400 puntos de datos. Luego usamos los datos empíricos para encontrar patrones de sueño durante la ontogenia, compararlos con patrones filogenéticos y probar predicciones de nuestro marco teórico. Al hacerlo, nosotros:
1) desarrollar distintas teorías cuantitativas tanto para la reparación / depuración neural como para la reorganización neural;
2) utilizar una gran cantidad de datos sobre el sueño y el cerebro humanos desde el nacimiento hasta la edad adulta para probar y discriminar claramente entre estas teorías;
3) proporcionar una fuerte evidencia de una transición notablemente aguda alrededor de los 2.4 años de edad en el propósito principal del sueño, de ser para la reorganización neuronal que ocurre durante el ciclo de sueño activo / MOR en el desarrollo temprano a la reparación neuronal y la eliminación de metabolitos en el desarrollo tardío.
En resumen, los bebés necesitan dormir para organizar sus neuronas. Después de los dos años de edad, cuando la reorganización neuronal se ha completado suficientemente, predomina la necesidad de reparación y eliminación de desechos. Esas parecen ser las principales funciones del sueño. “La señalización neuronal y la computación en el cerebro son extremadamente costosas y representan del 80 al 90% de su gasto metabólico”, dice el equipo.
Al observar el desarrollo funcional del cerebro en humanos, Johnson descubrió que los primeros 2 años de vida es el período en el que ocurren la mayoría de los avances pronunciados en la estructura y el comportamiento del cerebro. Los cerebros se desarrollan de forma extremadamente dinámica en los primeros 2 años, y la mayoría de las estructuras cerebrales tienen la apariencia general de los adultos alrededor de los 2 años. Una excepción notable es el desarrollo retardado de la corteza prefrontal, cuyo inicio quizás se corresponda con un aumento de sueño tipo MOR, más tarde en la pubertad, que sería predicha por nuestra teoría. El tamaño total del cerebro aumenta notablemente durante los primeros 2 años de vida y alcanza del 80 al 90% del tamaño de un adulto a la edad de 2 años.
¿La ontogenia recapitula la filogenia durante el sueño?
A mitad de camino, el equipo esperaba ver indicios de la teoría de la recapitulación de Haeckel en los datos:
El enfoque principal de este artículo es abordar la intrigante pregunta de si estas relaciones generales para los tiempos de sueño siguen siendo válidas durante el crecimiento, lo que implica que la ontogenia recapitula la filogenia, o si surgen nuevos patrones durante el desarrollo, lo que refleja un origen dinámico diferente del sueño. Más concretamente, durante el desarrollo y entre especies, los tiempos de sueño disminuyen sistemáticamente con el tamaño del cerebro y del cuerpo. Pero, ¿lo hacen a un ritmo similar? ¿Y son atribuibles a la misma dinámica subyacente? Si surgen nuevos patrones, ¿qué revelan esos patrones sobre el desarrollo neurológico y el crecimiento del cerebro? Para responder a estas preguntas, derivamos un modelo de sueño ontogenético cuantitativo en todas las especies que combina la ontogenia y la filogenia en un solo marco y utilizamos este modelo para guiar el análisis de los datos del sueño humano desde el nacimiento hasta la edad adulta. Comparamos nuestros nuevos hallazgos con resultados empíricos y teóricos previos sobre cómo cambia el sueño a lo largo de la filogenia para preguntar si las explicaciones de por qué un ratón duerme aproximadamente cinco veces más que una ballena también se pueden utilizar para explicar por qué los bebés duermen aproximadamente el doble que los adultos.
Por desgracia, no encontraron apoyo para la «ley» de Haeckel (que durante muchos años se consideró una fuerte evidencia de la evolución darwiniana en sus dibujos de embriones desacreditados durante mucho tiempo).
Sin embargo, durante la ontogenia temprana, el cerebro está experimentando cambios rápidos de tamaño y sinaptogénesis que requieren una relajación de la optimización de la energía y otras limitaciones que determinan cómo la tasa metabólica escala con el tamaño de los organismos maduros. Por lo tanto, la teoría canónica para la escala de la tasa metabólica debe reformularse para que el cerebro reconozca que la ontogenia puede no recapitular la filogenia.
En la sección final de Discusión, repiten este resultado negativo con más fuerza:
El gran cambio en el porcentaje de sueño MOR durante el desarrollo es, por tanto, un indicador clave de que la función del sueño, y en particular del sueño MOR, es muy diferente durante el desarrollo que en los adultos. Muestra que la ontogenia no recapitula la filogenia porque la ontogenia no muestra patrones cualitativamente similares a la filogenia para el sueño MOR. Más bien, se diferencia de él en las formas más fundamentales (por ejemplo, invariancia versus cambio rápido) y exhibe una transición de fase entre el desarrollo temprano y tardío…
Nuestros hallazgos ontogenéticos difieren notablemente de los hallazgos filogenéticos anteriores tanto en términos de la magnitud y, a veces, de la dirección de los cambios como de los correspondientes exponentes de escala. Estos resultados son bastante inesperados, sin embargo, al hacer la transición de nuestro modelo de reorganización neuronal a otro de reparación y eliminación, podemos explicar simultáneamente la escala del tiempo de sueño entre especies y crecimiento.
En busca de Haeckel
Buscaron seriamente pero no encontraron a Ernst (como en Haeckel). En realidad, tampoco encontraron mucho de Charles (como en Darwin). Sin embargo, encontraron mucho sobre la función, una palabra mencionada 61 veces en el periódico. También se utilizó la palabra «propósito». Esas son palabras de diseño. La ciencia del DI busca evidencia de información funcional en biología. El sueño tiene al menos dos funciones importantes, como se muestra aquí. La ciencia del DI también busca evidencia de previsión en biología. Teniendo en cuenta las necesidades de los cerebros de los bebés para continuar organizándose durante un tiempo fuera del útero, y las necesidades de por vida de reparación y eliminación de desechos, encontrar un estado cerebral que realice ambas funciones muestra evidencia de que el sueño fue intencionado.
Sabiendo que Haeckel y Darwin no aportaron nada al “poder explicativo y predictivo” de su modelo, quieren seguir investigando si las mismas dos funciones del sueño, junto con la transición repentina de función con la edad, también ocurren en ratas, pinzones cebra, moscas de la fruta, gusanos redondos y muchas otras especies. La ciencia del diseño puede tomar la iniciativa aquí.
Notas
Poe et al., «Desentrañar por qué dormimos: el análisis cuantitativo revela una transición abrupta de la reorganización neuronal a la reparación en el desarrollo temprano». Science Advances 18 de septiembre de 2020: Vol. 6, no. 38, eaba0398. DOI: 10.1126 / sciadv.aba0398
Artículo originalmente publicado en inglés por Evolution News & Science Today
