动物为什么要睡觉？我们为什么要把三分之一的生命“浪费”在睡觉上？这个问题被认为是生命科学中最重要的未解之谜。揭开这一谜团也已成了炙手可热的研究课题。 已知睡眠对于所有有神经系统的生物，包括无脊椎动物，如苍蝇、蠕虫，甚至是水母，都是普遍和必不可少的行为。3月5日发表在《Nature Communications》上的一项新研究中，以色列巴伊兰大学的研究人员揭示了一种新颖且意想不到的睡眠功能。他们认为这一发现可以解释睡眠和睡眠障碍是如何影响大脑能力、衰老以及各种脑部疾病。研究人员通过使用活体斑马鱼的3D延时成像技术以单染色体分辨率定义睡眠，并首次证实单个神经元也需要睡眠才能够维持细胞核。 活体斑马鱼的单个神经元（虚线框内的红色）中的染色体动力学。图片来源： David Zada DNA损伤可以由许多过程引起，包括辐射，氧化应激，甚至神经元活动。正常情况下，细胞内的DNA修复系统会修复这种损伤。目前的研究表明，在清醒时，染色体活性（染色体动力学）较低，DNA损伤会持续积累，甚至达到不安全的水平。 睡眠的作用是增加染色体活性，使每个神经元中的DNA损伤恢复正常水平。显然，这种DNA维持过程在“在线”的清醒阶段是不够高效的，需要在减少大脑输入的“离线”睡眠阶段才能发生。 研究通讯作者、巴伊兰大学生命科学学院以及Gonda 多学科大脑研究中心的Lior Appelbaum教授说：“DNA损伤有点像路上凹陷不平的坑。道路不断积累磨损，尤其是在白天交通高峰的时候，而最合适且最有效的修复时间是在夜里，因为此时交通流量稀少。” 活体斑马鱼体内染色体动力学（红色）和神经元活动（绿色）。图片来源：David Zada Appelbaum将DNA损伤的积累称为“清醒的代价”。他和他的博士生、该研究的第一作者David Zada推测睡眠能够巩固和同步单个神经元中的核维持，并决定着手验证这一理论。 他们取得的这项发现要归功于斑马鱼模型的特征。因为它的身体是透明的，且大脑结构与人类非常相似，所以斑马鱼是在生理条件下研究活体动物单细胞的理想生物体。通过高分辨率显微镜，研究人员可以在斑马鱼清醒和睡眠的时候观察到细胞内DNA和核蛋白的运动。研究人员惊讶地发现，染色体在夜间身体处于休息时更加活跃，这种增加的动力学使修复DNA损伤的效率更高。 视频展示了活体斑马鱼体内单个神经元中的染色体动力学的3D成像（绿色斑点是染色体；多色线条指示移动距离）。视频来源：David Zada |
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