生物必須有大腦才會(huì)需要睡眠嗎

水母這種無腦海洋生物是已知最簡單的主動(dòng)休息的有機(jī)體。

睡眠的目的和演化起源是神經(jīng)科學(xué)**的謎團(tuán)之一。每一種復(fù)雜的動(dòng)物都要睡覺，從微小的果蠅到龐大的藍(lán)鯨，都無一例外。但是科學(xué)家無法解釋有機(jī)體為什么要這樣在一天中的大部分時(shí)間里，將自己毫無防范地暴露在捕食者面前，而且無法進(jìn)食或交配。現(xiàn)在，研究人員**表明，即使是沒有大腦的有機(jī)體——一種水母——也表現(xiàn)出類似睡眠的行為，說明睡眠的起源比原想的更早。

一項(xiàng)新研究表明，當(dāng)太陽下山后，仙后水母便會(huì)回到床上睡覺，躲避夜生活。

研究人員觀察到仙后水母鼓動(dòng)傘膜的頻率在夜晚下降三分之一，并且對外界刺激（如食物和運(yùn)動(dòng)）的反應(yīng)減慢。被剝奪了夜間休息時(shí)間后，水母第二天的活躍程度降低了。

“我們交談的每個(gè)人都對水母是否睡覺有自己的想法。它讓每個(gè)人都去思考睡眠是什么，”論文**作者、加州理工學(xué)院的分子遺傳學(xué)家 Ravi Nath 說。該研究發(fā)表在了 9 月 21 日的《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）上。

“該研究提供了充足證據(jù)，表明類睡眠狀態(tài)在演化早期便出現(xiàn)，”南加州大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家 Dion Dickman 說。無心的睡眠 Nath 正在利用秀麗隱桿線蟲研究睡眠，但是每當(dāng)他在研究會(huì)議上展示他的研究時(shí)，其他科學(xué)家卻對這種簡單動(dòng)物會(huì)睡覺的想法嗤之以鼻。這不禁讓 Nath 思考：動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)要多簡單才會(huì)失去睡覺的能力？Nath 的熱情很快感染了他的朋友、加州理工學(xué)院的博士生 Michael Abrams 與 Claire Bedbrook。Abrams 研究水母，他說有一種水母可以成為合適的模式生物，因?yàn)樗赣猩窠?jīng)元但沒有中樞神經(jīng)系統(tǒng)。它們的神經(jīng)元通過一張分散的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接。

特別是仙后水母吸引了三人的注意。仙后水母也稱倒立水母，因?yàn)樗?xí)慣傘膜朝下，觸手朝上，坐在海底。仙后水母很少自己活動(dòng)，使研究人員可以比較方便地設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化系統(tǒng)，通過視頻追蹤傘膜的鼓動(dòng)。為了提供仙后水母（或任何其他有機(jī)體）有類似睡眠行為的證據(jù)，研究人員需要表明它們有快速可逆的活動(dòng)減退階段，也就是靜默期，期間對刺激的應(yīng)答減弱。該行為還應(yīng)由睡眠需求驅(qū)使，水母醒的時(shí)間越長，對睡眠的需求就應(yīng)該越大，因此，一天中睡眠的減少應(yīng)該導(dǎo)致接下來的休息時(shí)間增加。

其他研究人員已經(jīng)記錄下其他種水母夜間活動(dòng)減少的現(xiàn)象，但是他們并未發(fā)現(xiàn)有水母表現(xiàn)出睡眠行為的其它方面。Nath、Abrams 和 Bedbrook 在一個(gè) 35 升的水箱里，追蹤記錄仙后水母 6 天 6 夜的傘膜鼓動(dòng)次數(shù)，發(fā)現(xiàn)其頻率在白天平均為每秒一次，而夜間則下降了幾乎三分之一。他們還記錄下了在夜間出現(xiàn)的 10-15 秒的零鼓動(dòng)階段，這在白天并未出現(xiàn)。躁動(dòng)的夜晚由于沒有水母鬧鐘，科學(xué)家用豐年蝦和牡蠣卵作誘餌來試圖喚醒休憩中的仙后水母。當(dāng)他們在夜間向水箱里投食時(shí)，仙后水母會(huì)切換回白天的活動(dòng)模式。團(tuán)隊(duì)利用水母喜歡坐在堅(jiān)硬表面的習(xí)慣來測試靜默期的仙后水母是否對外界刺激延遲應(yīng)答。他們用濾網(wǎng)慢慢地將水母從箱底提起，然后從下部撤掉濾網(wǎng)，讓水母浮在水中。與白天相比，它們在晚上需要更多的時(shí)間來重新開始鼓動(dòng)傘膜和重新調(diào)整自身位置。如果立即在晚間重復(fù)實(shí)驗(yàn)，水母會(huì)迅速做出反應(yīng)，就像是在白天一樣。最后，當(dāng)團(tuán)隊(duì)持續(xù)攪動(dòng)水使仙后水母保持清醒，強(qiáng)制它通宵熬夜后，他們發(fā)現(xiàn)第二天水母的活動(dòng)量減少了 17%。

“這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明睡眠起源的時(shí)間比我們想象的更早。這些有機(jī)體的簡單性打開了研究睡眠為何演化產(chǎn)生以及睡眠有何作用的大門，”德國基爾大學(xué)的演化生物學(xué)家 Thomas Bosch 說。“既然睡眠可追溯到這些小型后生動(dòng)物——那么還能推回到更早嗎？”他問道。

這就是 Nath、Abrams 和 Bedbrook 想要弄清楚的問題。盡管有博士論文要忙，他們還是開始尋找可能控制睡眠的古代基因，希望這能讓他們窺探到睡眠最初演化產(chǎn)生的原因。