先有睡眠，还是先有大脑？

2021-01-12

中国科学报 徐锐

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语音播报

保持清醒的时间越长，大脑反应就越慢。而短暂的睡眠足以让我们的大脑恢复正常运转。那么，动物是从何时起开始需要睡眠的？大脑是产生睡眠的前提吗？

近日，发表于《科学进展》的一项关于动物睡眠进化起源的研究发现，尽管缺乏中枢神经系统，微小的水螅类动物也表现出类似睡眠的状态，而且在人类身上引起困倦和睡眠的几种化学物质在水螅身上可产生类似作用。水螅的近亲水母也存在睡眠行为。

该研究负责人、日本九州大学文理学院助理教授Taichi Q. Itoh说：“现在有强有力的证据表明，动物在获得大脑之前就已经有了睡眠需求。睡眠的进化独立于大脑的进化。”

只有几厘米长的水螅有丰富的神经网络，但很分散。基于脑电波对睡眠的监测，对这种小而无脑的动物来说并不适用。于是，研究人员使用影像系统跟踪水螅运动，以其运动减少作为睡眠特征，从而确定水螅何时处于睡眠状态，而这种状态可通过闪光打断。结果发现，与人类每24小时出现一次睡眠状态不同，水螅处于每4小时产生活跃行为和类似睡眠状态的循环中。

更重要的是，研究人员发现，如果忽视掉水螅没有大脑的话，其与睡眠调节相关的因素和有大脑的动物有许多相似之处。比如，把水螅暴露在褪黑素下，可适度增加其睡眠量和频率，而抑制性神经递质GABA（一种与许多动物睡眠活动有关的化学物质）则可大大增加水螅的睡眠活动。另一方面，能引起许多动物兴奋的多巴胺，会促进水螅睡眠。

此外，研究人员还利用振动和温度变化干扰、剥夺水螅睡眠，使其在第二天的睡眠时间延长。进一步研究发现，睡眠剥夺可导致水螅212个基因表达发生变化，其中一个基因与PRKG（一种参与老鼠、果蝇和线虫等多种动物睡眠调节的蛋白质）有关。破坏与水螅睡眠相关基因拥有共同进化起源的果蝇基因，会改变果蝇睡眠时间。对这些基因的进一步研究，可能有助于在有脑动物中识别目前未知的睡眠相关基因。

“综上所述，这些实验证明动物在中枢神经系统进化发育之前就获得了与睡眠相关的机制，这些机制中的许多相关因素都是保守的，但随着大脑进化，有些可能发生了功能改变。”Itoh说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abb9415

保持清醒的时间越长，大脑反应就越慢。而短暂的睡眠足以让我们的大脑恢复正常运转。那么，动物是从何时起开始需要睡眠的？大脑是产生睡眠的前提吗？ 近日，发表于《科学进展》的一项关于动物睡眠进化起源的研究发现，尽管缺乏中枢神经系统，微小的水螅类动物也表现出类似睡眠的状态，而且在人类身上引起困倦和睡眠的几种化学物质在水螅身上可产生类似作用。水螅的近亲水母也存在睡眠行为。 该研究负责人、日本九州大学文理学院助理教授Taichi Q. Itoh说：“现在有强有力的证据表明，动物在获得大脑之前就已经有了睡眠需求。睡眠的进化独立于大脑的进化。” 只有几厘米长的水螅有丰富的神经网络，但很分散。基于脑电波对睡眠的监测，对这种小而无脑的动物来说并不适用。于是，研究人员使用影像系统跟踪水螅运动，以其运动减少作为睡眠特征，从而确定水螅何时处于睡眠状态，而这种状态可通过闪光打断。结果发现，与人类每24小时出现一次睡眠状态不同，水螅处于每4小时产生活跃行为和类似睡眠状态的循环中。 更重要的是，研究人员发现，如果忽视掉水螅没有大脑的话，其与睡眠调节相关的因素和有大脑的动物有许多相似之处。比如，把水螅暴露在褪黑素下，可适度增加其睡眠量和频率，而抑制性神经递质GABA（一种与许多动物睡眠活动有关的化学物质）则可大大增加水螅的睡眠活动。另一方面，能引起许多动物兴奋的多巴胺，会促进水螅睡眠。 此外，研究人员还利用振动和温度变化干扰、剥夺水螅睡眠，使其在第二天的睡眠时间延长。进一步研究发现，睡眠剥夺可导致水螅212个基因表达发生变化，其中一个基因与PRKG（一种参与老鼠、果蝇和线虫等多种动物睡眠调节的蛋白质）有关。破坏与水螅睡眠相关基因拥有共同进化起源的果蝇基因，会改变果蝇睡眠时间。对这些基因的进一步研究，可能有助于在有脑动物中识别目前未知的睡眠相关基因。 “综上所述，这些实验证明动物在中枢神经系统进化发育之前就获得了与睡眠相关的机制，这些机制中的许多相关因素都是保守的，但随着大脑进化，有些可能发生了功能改变。”Itoh说。 相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abb9415

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责任编辑：张芳丹

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