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先有鸡还是先有蛋,先有大脑还是先有睡眠?

2021-01-26  造就Talk

# 摘要

研究人员借助研究一种水生生物——水螅,找到了相关证据表明,生物在没有进化出大脑之前,就已经需要睡眠。

 

睡眠,是人们日常作息中举足轻重的一个环节,时间约占一日起居的三分之一。高质量的睡眠,尤其是夜间能睡个好觉,对于生物生存尤为重要,像食物与水一样不可或缺。

在缺乏睡眠的情况下,人们无法保持脑回路的清晰,学习与记忆皆遭影响,既无法集中精力专注某事,也无法对某事做出迅捷反应。

睡眠的裨益体现于大脑的诸多功能之中,包括影响神经细胞间的相互交流。事实上,人在睡着的时候,脑部和身体依然保持着高度活跃。

睡眠对于保持大脑健康至关重要

近期人们发现,睡觉起到了移除脑中有害物质的作用,类似于居家清道夫,如此一来清醒时累计的毒素得以清除。

每个人都需要睡眠,但从生物学原理上讲,究竟为何需要睡眠始终是个谜。

睡眠影响着生物体中几乎每一处组织,每一个系统,其范围之广,包括直接影响大脑、心脏、肺部此类器官,同时也综合影响代谢机制、免疫功能、心情状态、疾病抵抗力等诸多方面。

研究显示,长期缺乏睡眠,或者睡眠质量低下,会造成多种身体功能紊乱,其风险包括高血压、冠心病、糖尿病、抑郁症以及肥胖症。

太长时间不眠不休,想要继续保持清醒头脑,就会变得十分困难。幸运的是,这种情况下只要稍微打个盹,我们的大脑就会重新振作,恢复活力。

但话说回来,生物是从什么时候起,又是为什么需要睡眠来维系精力?生物必须得有颗大脑,才能睡上一觉吗?

一支国际科研团队进行了一项实验,旨在帮助了解生物的进化旅程中,睡眠这一特质的本质与起源究竟在哪。

在该项实验中,研究人员发现,一种生活在水中且体型微小的水螅展现出了一种类似睡眠的状态。

虽然它们并不具备中枢神经系统,却会在这种状态下,对于一些与睡眠状态中相关联的粒子产生反应,而这种反应通常见于高级动物。

“我们有很过硬的证据显示,生物在进化出大脑之前,就已经需要睡眠了。”日本九州大学文理学院助理教授伊藤太一(TaichiQ. Itoh)表示。他是这项研究的主导人,该研究发表在《科学进步》(Science Advances)杂志上。

水螅不具备中枢神经却具有睡眠现象

来源:Wiki

近期曾有研究显示,类似睡眠的行为,也发生在水母身上,从生物学意义上讲,水母与水螅二者都属于腔肠门类动物

然而新的研究发现,许多让人体产生睡意,促进睡眠的化学物质,在一般类水螅身上同样具有类似的影响。

根据对水母的研究,

眠的进化过程并不依附于大脑的进化过程

“基于我们最新的发现,以及过往人们对于水母的研究,我们可以肯定,睡眠的进化过程并不依附于大脑的进化过程。”伊藤说道。

“关于睡眠行为在生物中的起源问题,我们还有许多疑问,但是有了水螅这种便于用来做实验的生物,我们可以作进一步深度探索,细化了解不具有大脑的生物的睡眠机制,这样也许就能解开揭开一些先前的疑问。”

水螅的身长只有几厘米,它体内具有分散的神经网络,但没有中枢神经和大脑。

睡眠行为通常借助脑电波来测定,但对于体型微小又不具有大脑的生物来说,这个方法显然行不通。

研究人员采用了一种替代方法,通过一套视频系统,追踪水螅的活动,并根据水螅活动量的减少与否鉴定它们是否处于一种类似睡眠的状态,这一状态可遭受闪光的干扰。

实验发现,一般动物的生物钟作息以24小时为一周期,与之不同的是,水螅的活动与类似睡眠周期为4

一般动物的生物钟作息以24小时为一周期

更重要的是,研究人员发现,无论具有大脑与否,生物在分子和基因层面对于睡眠的调控,都具有非常多的相似性。

研究发现,褪黑激素作为一种常见的助眠药物,如果用于水螅,一定程度上可以延长它们睡眠的时间与频率。

而另一种与动物睡眠行为相关联的化学物质,抑制性神经传导物γ-氨基丁酸(GABA),则更会极大地促进水螅的睡眠。

另一方面,人们发现对于其他多数动物而言会产生兴奋作用的多巴胺,对于水螅来说也成了促进睡眠的物质。

“看起来,生物在进化中部分睡眠机制得以保留,但有一些则似乎随着生物进化出了大脑,转变成了新的功能。”伊藤猜想道。

除此之外,研究人员还通过震动以及改变温度来干扰水螅的睡眠,引发类似睡眠剥夺(sleep deprivation)的现象,使得水螅在接下来的日子睡眠时间比平时要更长,甚至在一定程度上细胞增殖也受到了抑制。

随着研究的进一步深入,研究人员发现,睡眠剥夺可以改变多达212种基因的表达。

其中有一个基因与PRKG相关,这是一种蛋白质的简称,这一蛋白与诸多种类生物的睡眠调控相关,包括老鼠、果蝇乃至线虫都位列其中。

参考:

1.https://neurosciencenews.com/sleep-brain-evolution-17549/

2.https://www.ninds.nih.gov/disorders/patient-caregiver-education/understanding-sleep#:~:text=Sleep%20is%20important%20to%20a,up%20while%20you%20are%20awake.

(本文未经造就授权,禁止转载。)

编译 | Gabrielle
版面 | 顾天红

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