Бирон изучает поведение круглого червя Caenorhabditis elegans в надежде пролить свет на функции и эволюционное происхождение таких поведений животных, как передвижение, питание и сон. Его особенно интересует похожее на сон поведение C. elegans и его значение для происхождения сна у животных.
Когда люди спят, наш мозг перестраивается, чтобы создавать новые связи и повышать пластичность мозга. Хотя эффекты сна очевидны, ученые до сих пор не выяснили, как мозг регулирует сон на молекулярном уровне. Бирон надеется внести свой вклад в объяснение, используя C. elegans как простая модель.
Крошечный C. elegans червь содержит нервную систему, состоящую только из 302 нервных клеток, и поэтому часто используется в качестве модельного организма в нейробиологии. «У более сложных организмов со сложной нервной системой может быть трудно точно определить причинно-следственную связь, поэтому мы сосредотачиваемся на C. elegans, это очень простая система, в надежде, что мы сможем лучше понять механизмы сна », – сказал он.
Несмотря на C. elegans в научных исследованиях, очень немногие исследователи изучали червя в контексте сна. Ученые в настоящее время расходятся во мнениях относительно того, «спят» ли эти черви так же, как и млекопитающие.
Соноподобное поведение, демонстрируемое C. elegans называется летаргусом и может возникать только во время его развития. C. elegans спит всего четыре раза в течение своей жизни, а не ежедневно, как большинство животных, и эти периоды отдыха связаны с ростом жесткого покрова, который происходит во время его развития.
Некоторые ученые считают, что эти периоды бездействия – просто результат того, что покрытие ограничивает движения червя, не связанное со сном.
Но список сходства между летаргусом и сном растет. В статье 2013 года, опубликованной в журнале Sleep, Бирон и его лаборатория описывают свое наблюдение, что C. elegans, похоже, требуется определенное количество времени в летаргусе. Так же, как мы спим дольше и глубже, когда нам мало сна, Бирон и его коллеги обнаружили, что если бы черви не попадали в летаргус, они позже оставались бы в спящем состоянии в течение соответственно более длительного периода времени. «Фактически, мы можем« разбудить »червей во время летаргуса и подтвердить, что действительно такое нарушение сопровождается покоем для компенсации», – сказала Нора Трамм, аспирантка лаборатории Бирона и соавтор статьи.
C. elegans также содержит те же молекулярные пути, которые управляют сном у других животных. В статье, опубликованной в eLife в июле, Бирон и его лаборатория описали фазу, называемую тихим бодрствованием на языке Си. elegans, у которых черви бодрствовали, но оставались относительно неподвижными. Тихое бодрствование ранее регистрировалось у таких животных, как млекопитающие, птицы и рептилии. C. elegans быстро переключались между периодами активного и спокойного бодрствования, и эти переключения, по-видимому, регулируются молекулой, называемой протеинкиназой А, которая также способствует бодрствованию и нарушает сон у животных, от мух до крыс.
На данный момент вопрос о том, когда и почему появился сон, остается открытым. Если ученые согласятся, что летаргус – это форма сна, феномен сна должен был развиться еще 700 миллионов лет назад, когда древние предки C. elegans развились.
Бирон и его команда возлагают большие надежды, поскольку их статья 2013 года в Sleep – первая статья на C. elegans будет опубликован в журнале сообщества исследователей сна.
Хотя лаборатория Бирона начинала с исследования сна, с тех пор она расширилась и теперь включает в себя множество работ над C. поведение elegans. Ученые в лаборатории также изучают влияние нейромедиатора серотонина на аппетит и передвижение червей. Эти основные формы поведения, контролируемые молекулами, присутствуют у животных, в том числе у людей: серотонин – это химическое вещество, используемое в нашем собственном мозгу для регулирования настроения и аппетита. «Червь – это инструмент, чтобы узнать о нашей собственной биологии», – сказала аспирантка Моника Кауэр.
Чтобы ответить на эти фундаментальные вопросы о поведении животных, лаборатория Бирона объединяет ученых из столь разных областей, как физика, нейробиология и генетика. «Я видел, как лаборатория Дэвида выросла из небольшого числа людей, пытающихся понять, как разобраться в одном явлении, до разнообразной группы людей с разными интересами и способностями, всех объединенных нашим восхищением поведением этого маленького червяка, "Трамм сказал.
Бирон по образованию физик, в настоящее время преподает курс физики студентам колледжа.
Перед тем как присоединиться к университету в 2009 году, Бирон заинтересовался исследованиями сна после прочтения статьи в журнале Nature 2008 года, в которой описывались сходства между сном и летаргусом в языке Си. elegans. «В конце концов, – сказал он, – изучая поведение C. elegans было эмоциональным решением. Я был захвачен азартом нейробиологии со всеми ее новыми инструментами и новыми вопросами."