作者:孙学军 来源: 中国科学报 发布时间:2021-11-25
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没有脑子的动物也睡觉?

 

■孙学军

睡眠可能不是大脑的基本功能,而是细胞的基本功能,清醒才是生物进化出的一个新功能。这样的认识对于人们理解睡眠可能带来颠覆性的影响,对于研究睡眠发生的机制也有更大的推动价值。

例如我们不需要一定用高度发达的大脑,而是用各种细胞来研究睡眠,至少可以用原虫或比较简单的动物进行研究。只要方向正确,答案就在不远,让睡眠研究可以取得突破性进展。

在美国南加州海岸的海带森林中潜水,你可能会发现橙色的蓬松海绵——这种生物看起来就像用来做馅饼的微型南瓜。直到2017年,加州大学圣地亚哥分校的神经科学家威廉·乔伊纳决定研究海绵是否会打盹儿,研究人员才开始关注它们。

这个问题并不像看起来那么愚蠢。在过去的几年里,对蠕虫、水母和水螅类的研究挑战了长期以来认为睡眠是有大脑的生物所独有的观点。

美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的神经学家大卫·雷森说,现在“真正的前沿是找到一种睡觉时根本没有神经元的动物”。

海绵,地球上最早出现的动物之一,就符合这种描述。捕捉一次小睡可能会颠覆研究人员对睡眠的定义以及他们对睡眠目的的理解。

科学家经常将睡眠定义为由大脑协调并对大脑有益的暂时性意识丧失。这使得研究无脑生物的睡眠备受争议。辛辛那提儿童医院医学中心的基因组生物学家John Hogenesch说:“我不相信这些生物体中有很多会睡觉——至少不像你我那样睡觉。”他更能接受的说法是,在水母和水螅体内看到的平静、无反应的状态是“像睡觉一样”。

但该领域的其他人正在推动一个更具包容性的观点,睡眠并非像之前认为的那样是随着现代脊椎动物而进化的,而是可能在5亿年前第一批动物出现的时候就存在。

“我认为如果它活着,它就会睡觉。”圣路易斯华盛顿大学的神经学家保罗·肖说。他认为,最早的生命形式是没有反应的,直到它们进化出对环境做出反应的方式,而睡眠是一种回归到默认状态的方式。“我认为我们不是进化了睡眠,而是进化了清醒。”

如果这是真的,那么人类、啮齿动物和其他脊椎动物的睡眠是一种高度进化的行为——一种适应每种生物需求和生活方式的行为。从这些物种中收集关于其基本功能的见解可能是困难的。早期进化的生物,细胞类型更少,分子路径更简单,行为更简单,可能揭示睡眠最基本的形式。

因此,一些睡眠研究人员转向了诸如果蝇和蛔虫等无脊椎动物,最近又转向了海绵动物和另一个早期进化群体——原虫。

他们的研究已经深入到两个关键的新观点:影响睡眠的因素远远超出了大脑,肌肉、免疫系统和肠道都可以对睡眠的发生时间和方式产生影响。这项工作“可能会把我们的研究重点从睡眠在复杂认知过程中的作用,转向它如何影响基本的细胞功能”。美国得克萨斯农工大学的神经遗传学家亚历克斯·基恩说。

宾夕法尼亚大学生物钟与睡眠研究所的神经科学家阿米塔·塞格尔说,一幅关于控制睡眠的新图像可能还会引导研究人员找到治疗睡眠障碍的新方法。“我们希望,我们的研究将有助于理解为什么有些人睡不着,以及睡眠中断可能会如何影响他们的健康和表现。”

关于睡眠的最早研究将其定义为睡眠如何改变人类行为,即我们躺下,闭上眼睛,一动不动,变得对外界一无所知。不睡觉的后果也很明显,我们失去了工作能力,开会时难以集中注意力,开车时打瞌睡。

到了20世纪50年代和60年代,研究人员开始基于多导睡眠描记术对睡眠进行定义。多导睡眠描记术是对大脑活动、眼球运动和肌肉张力的综合测量,并成为了黄金标准。

神经科学家发现了如何从头部表面的电极捕捉大脑活动,并发现人类睡眠有两个主要阶段:快速眼动(REM),做梦时更活跃的阶段;非快速眼动,即缓慢的、同步的电刺激。

行为和生理测试揭示了动物世界的睡眠是多么的不同。奶牛和其他大型食草哺乳动物是站着睡觉的;一些海洋哺乳动物在游泳时睡觉;一些海鸟在飞行时打盹儿,让一半大脑打盹儿,而另一半大脑继续工作;蝙蝠每天大约睡20个小时;野生大象只有两小时。大多数用电记录技术研究的动物至少有两个睡眠阶段,尽管表征这些阶段的大脑活动可能有所不同,而章鱼睡觉时颜色的变化表明它也有几个睡眠阶段。

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《中国科学报》 (2021-11-25 第8版 博客)
 
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