科学家发现睡眠也许和大脑无关:水母也能睡眠

人类若长期保持着清醒的时间,思考会变得非常困难,值得庆幸的是只要睡一会儿就足以让我们的大脑再次快速运转起来,但大家是否曾经好奇过动物是什么时候开始需要睡眠的呢?而又是为什么呢?拥有大脑是睡眠的先决条件吗?在一项有助于了解动物睡眠进化起源的研究中,一组国际研究人员团队研究表示:那些微小的、居住在水中的水螅尽管缺乏中枢神经系统,但它们还是会表现出类似睡眠的状态,而且进化动物的睡眠与分子反应有很大的关系。

日本九州大学文理学院助理教授伊藤太一(tai ichi Q. Itoh)在《科学进展》(Science Advances)杂志上发表的研究报告中说:「我们有强而有力的证据来表明,动物在发展出大脑之前就已经有了睡眠的需要。」最近在水母身上也发现了睡眠行为,水母是水螅的近亲,也是蛇形纲的一员,日本九州大学和韩国蔚山国家科学技术研究所的研究人员的共同研究发现,那些在人类身上能引起困倦和睡眠的几种化学物质对普通水螅也有类似的作用。

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水螅的睡眠状态机制

根据我们的发现和之前关于水母的报导,我们可以笃定睡眠运动的演化是独立于大脑之外的。不过关于动物睡眠是如何产生的,还有许多问题有待解决,但是水螅提供了科学家一种容易研究的生物来源,可以进一步研究无脑动物睡眠状态的详细机制,以帮助他们探讨睡眠与大脑的相关性。

水螅通常只有几厘米长,它们具有分散的神经网络,但缺乏与大脑有关的集中化功能,通常研究人员会根据脑电波的测量来监测睡眠状态,但是对于没有脑功能的小动物来说,这项技术完全行不通,不过幸好还有另一种方法,就是研究人员使用了一个录影系统来追踪水螅的运动状态,以确定它们何时会处于睡眠状态,这边指的睡眠状态定义是水螅运动减少。研究人员发现,水螅不是像昼夜规律的人类一样每24小时重复一次,而是表现出4 小时活跃及睡眠的交互状态。

剥夺它们的睡眠会导致基因发生变化

最后研究人员还把水螅暴露在褪黑激素(一种常用的睡眠辅助剂)下,适度地新增了睡眠量和频率,而抑制性神经递质GABA(另一种与许多动物的睡眠活动有关的化学物质)则大大新增了水螅的睡眠活动。伊藤认为:「虽然一些睡眠机制似乎是可行的,但其他机制在大脑进化过程中会改变大脑的功能。」

此外,研究人员还利用振动和温度变化来干扰水螅的睡眠,这项研究使水螅在第二天的睡眠时间延长,甚至抑制细胞增殖,研究人员更仔细地调查发现,在剥夺它们的睡眠之后会导致212个基因发生明显的变化,其中一个基因就与PRKG有关(PRKG是一种在老鼠、果蝇和线虫等多种动物中参与睡眠调节的蛋白质)伊藤说:「综上所述,这些实验提供了强有力的证据,证明动物在中枢神经系统进化之前就获得了与睡眠相关的功能机制,而且随着大脑的进化,这些机制中的许多方面都属于保守的状态。」

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