Ai ai cũng biết tầm quan trọng của giấc ngủ, đặc biệt là một giấc ngủ ngon. Ngủ giúp rất nhiều loài sinh vật có thời gian củng cố trí nhớ, phục hồi tế bào và tăng cường hệ miễn dịch. Thế nhưng, nguồn gốc của cảm giác buồn ngủ (mà giới khoa học gọi là “áp lực giấc ngủ”; còn chúng ta thường gọi đơn giản là mệt, chúng ta hay nói là “mệt quá đi ngủ đây”), vẫn chưa được hiểu rõ.

Có nhiều giả thuyết cho chuyện này. Một giả thuyết cho rằng nguyên nhân là sự tích tụ của một chất trong não gọi là adenosine. Giả thuyết khác thì cho rằng “thủ phạm” đến từ nhu cầu hình thành các kết nối synapse mới (kết nối synapse là “cầu nối” giúp các tế bào thần kinh trong não bộ và hệ thần kinh truyền tín hiệu với nhau). Nhưng một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature gần đây đã đưa ra bằng chứng mạnh mẽ nhất từ trước đến nay: cảm giác buồn ngủ bắt nguồn từ sự tích tụ electron trong ty thể của một số tế bào não. Nếu điều này đúng, giấc ngủ có thể ban đầu chỉ đơn giản xuất hiện như một cơ chế sửa chữa ty thể, còn những lợi ích khác thì khi đi ngủ mới có.



Ty thể (mitochondrion) là những bào quan rất nhỏ nằm bên trong tế bào, có nhiệm vụ giải phóng năng lượng từ thức ăn. Quá trình này được gọi là hô hấp tế bào. Tuy nhiên, trong quá trình này, một số electron bị “rò rỉ” và phản ứng với oxy, tạo ra những sản phẩm phụ độc hại có thể phá hỏng ty thể cũng như các bộ phận khác của tế bào nếu tích tụ quá nhiều.

Nghiên cứu mới cho thấy khi các tế bào não kiểm soát giấc ngủ (gọi là neuron kiểm soát giấc ngủ) phát hiện ty thể bị tổn hại quá mức, chúng sẽ kích hoạt giấc ngủ. Những neuron này hoạt động giống như cầu dao điện, “ngắt” não bộ vào trạng thái ngủ trước khi electron tích tụ quá nhiều. Giấc ngủ vừa khôi phục sự cân bằng electron, vừa tạo điều kiện để ty thể được sửa chữa.


Để đi đến kết luận này, các nhà khoa học đã thực hiện nhiều thí nghiệm trên ruồi giấm. Họ gắn nhãn protein phát sáng màu xanh lá vào các neuron kiểm soát giấc ngủ trong não ruồi, gọi là neuron dFBNs. Sau đó, họ phá vỡ chu kỳ ngủ tự nhiên của ruồi bằng cách đặt chúng trên một bệ luôn chuyển động trong 12 giờ. Quan sát dưới kính hiển vi cho thấy ty thể trong neuron dFBNs đã bị tách nhỏ. Đây là dấu hiệu của tổn hại liên quan đến electron. Nhưng sau khi được ngủ, các ty thể lại hợp nhất trở lại. Điều này gợi ý rằng tổn hại ty thể có thể là yếu tố khiến ruồi (và có thể là các loài khác) buồn ngủ. Để kiểm chứng mối liên hệ này có phải nguyên nhân-hệ quả hay không, nhóm nghiên cứu đã tìm cách điều chỉnh sự cân bằng electron trong ty thể bằng nhiều phương pháp khác nhau.

Thí nghiệm quan trọng nhất là khi các nhà khoa học “gắn thêm” cho ty thể trong neuron dFBNs một loại protein đặc biệt, có thể tạo năng lượng nhờ ánh sáng. Sau đó, họ chiếu đèn pin vào những con ruồi không bị thiếu ngủ. Nhờ có protein này, ty thể của ruồi tạo năng lượng mà không cần dùng đến electron sẵn có, khiến electron dễ bị rò rỉ ra ngoài. Kết quả là chỉ sau một tiếng tiếp xúc ánh sáng, những con ruồi này nhanh chóng rơi vào giấc ngủ, nhiều hơn hẳn so với nhóm ruồi bình thường. Trước đây, người ta chỉ nghĩ rằng sự mất cân bằng electron trong ty thể có liên quan đến việc thiếu ngủ. Nhưng thí nghiệm này cho thấy sự mất cân bằng đó có thể chính là nguyên nhân trực tiếp khiến não bộ tạo ra cảm giác buồn ngủ.


Vì cách mà tế bào tạo ra năng lượng có liên quan chặt chẽ đến giấc ngủ ở nhiều loài động vật, nên sự tích tụ electron cũng rất có thể là nguyên nhân khiến con người buồn ngủ. Các nhà khoa học còn cho biết, những người mắc bệnh rối loạn ty thể thường xuyên cảm thấy buồn ngủ, dù cơ thể không hề mỏi hay mất sức. Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng, nếu hiểu rõ hơn cơ chế tạo ra cảm giác buồn ngủ, chúng ta sẽ tìm ra cách giải thích và có thể điều trị nhiều chứng rối loạn giấc ngủ cũng như các bệnh mạn tính gây ra tình trạng mệt mỏi.