生物必须有大脑才会需要睡眠吗？

会员服务 ·

生物必须有大脑才会需要睡眠吗？

2017 年 10 月 29 日 Nature自然科研 Nature自然科研

原文以Jellyfish caught snoozing give clues to origin of sleep为标题

发布在2017年9月21日的《自然》新闻上

原文作者：Carrie Arnold

水母这种无脑海洋生物是已知最简单的主动休息的有机体。

睡眠的目的和演化起源是神经科学最大的谜团之一。每一种复杂的动物都要睡觉，从微小的果蝇到庞大的蓝鲸，都无一例外。但是科学家无法解释有机体为什么要这样在一天中的大部分时间里，将自己毫无防范地暴露在捕食者面前，而且无法进食或交配。现在，研究人员首次表明，即使是没有大脑的有机体——一种水母——也表现出类似睡眠的行为，说明睡眠的起源比原想的更早。

一项新研究表明，当太阳下山后，仙后水母便会回到床上睡觉，躲避夜生活。

Norbert Wu/Minden/NGC

研究人员观察到仙后水母鼓动伞膜的频率在夜晚下降三分之一，并且对外界刺激（如食物和运动）的反应减慢。被剥夺了夜间休息时间后，水母第二天的活跃程度降低了。

“我们交谈的每个人都对水母是否睡觉有自己的想法。它让每个人都去思考睡眠是什么，”论文第一作者、加州理工学院的分子遗传学家Ravi Nath说。该研究发表在了9月21日的《当代生物学》（Current Biology）上。

“该研究提供了充足证据，表明类睡眠状态在演化早期便出现，”南加州大学的神经科学家Dion Dickman说。

无心的睡眠

Nath正在利用秀丽隐杆线虫研究睡眠，但是每当他在研究会议上展示他的研究时，其他科学家却对这种简单动物会睡觉的想法嗤之以鼻。这不禁让Nath思考：动物的神经系统要多简单才会失去睡觉的能力？Nath的热情很快感染了他的朋友、加州理工学院的博士生Michael Abrams与Claire Bedbrook。Abrams研究水母，他说有一种水母可以成为合适的模式生物，因为水母有神经元但没有中枢神经系统。它们的神经元通过一张分散的神经网络连接。

特别是仙后水母吸引了三人的注意。仙后水母也称倒立水母，因为它习惯伞膜朝下，触手朝上，坐在海底。仙后水母很少自己活动，使研究人员可以比较方便地设计一套自动化系统，通过视频追踪伞膜的鼓动。为了提供仙后水母（或任何其他有机体）有类似睡眠行为的证据，研究人员需要表明它们有快速可逆的活动减退阶段，也就是静默期，期间对刺激的应答减弱。该行为还应由睡眠需求驱使，水母醒的时间越长，对睡眠的需求就应该越大，因此，一天中睡眠的减少应该导致接下来的休息时间增加。

其他研究人员已经记录下其他种水母夜间活动减少的现象，但是他们并未发现有水母表现出睡眠行为的其它方面。Nath、Abrams和Bedbrook在一个35升的水箱里，追踪记录仙后水母6天6夜的伞膜鼓动次数，发现其频率在白天平均为每秒一次，而夜间则下降了几乎三分之一。他们还记录下了在夜间出现的10-15秒的零鼓动阶段，这在白天并未出现。

躁动的夜晚

由于没有水母闹钟，科学家用丰年虾和牡蛎卵作诱饵来试图唤醒休憩中的仙后水母。当他们在夜间向水箱里投食时，仙后水母会切换回白天的活动模式。团队利用水母喜欢坐在坚硬表面的习惯来测试静默期的仙后水母是否对外界刺激延迟应答。他们用滤网慢慢地将水母从箱底提起，然后从下部撤掉滤网，让水母浮在水中。与白天相比，它们在晚上需要更多的时间来重新开始鼓动伞膜和重新调整自身位置。如果立即在晚间重复实验，水母会迅速做出反应，就像是在白天一样。最后，当团队持续搅动水使仙后水母保持清醒，强制它通宵熬夜后，他们发现第二天水母的活动量减少了17%。

“这项实验表明睡眠起源的时间比我们想象的更早。这些有机体的简单性打开了研究睡眠为何演化产生以及睡眠有何作用的大门，”德国基尔大学的演化生物学家Thomas Bosch说。“既然睡眠可追溯到这些小型后生动物——那么还能推回到更早吗？”他问道。

这就是Nath、Abrams和Bedbrook想要弄清楚的问题。尽管有博士论文要忙，他们还是开始寻找可能控制睡眠的古代基因，希望这能让他们窥探到睡眠最初演化产生的原因。ⓝ

Nature|doi:10.1038/nature.2017.22654

点击“阅读原文”阅读英文原文

相关文章

早餐来个煎蛋？深海章鱼可能也这么想，然而它只有煎蛋水母

睡眠时间背后的遗传学基础：你是“瞌睡虫”还是“无梦者”？

人能边睡边学习吗？可能要取决于你在哪个睡眠阶段学习了

本文由施普林格·自然上海办公室负责翻译。中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。欢迎转发至朋友圈，如需转载，请邮件Chinapress@nature.com。未经授权的翻译是侵权行为，版权方将保留追究法律责任的权利。