我们为什么需要睡眠?也许是我们的大脑需要休息,需要充电。按照这个逻辑,我们可以推测睡眠是后出现的。当大脑变得更大、更复杂时,我们才开始需要睡眠。
然而,日本九州大学的研究团队却在水螅中发现了类似睡眠的状态。水螅只有几厘米长,具有分散的神经网络,但缺乏大脑的集中化功能。研究人员甚至发现,水螅可以对与睡眠相关的分子起反应。
这些发表在《Science Advances》杂志上的结果表明,睡眠比大脑先发育,而且可能在大脑以外具有关键功能。九州大学文理学院的助理教授Taichi Q. Itoh表示:“我们现在有充分的证据,说明了动物必须先获得睡眠才能获得大脑。”
之前,研究小组也在水母中发现了睡眠行为。水母是腔肠动物门中的成员,也是水螅的近亲。“根据我们的发现和先前有关水母的报道,我们可以说睡眠进化与大脑进化无关,”他说。
由于水螅结构简单且缺乏复杂的中枢神经系统,故研究人员选择它们来研究早期的睡眠演化。以往人们是通过脑电波来监测睡眠,但对于没有大脑的动物来说,这可不是一种好选择。因此,他们利用视频系统来追踪水螅的运动,以确定它们何时处于类似睡眠的状态。
研究人员发现,水螅表现出4小时的睡眠-清醒周期,而不是像人类一样,每24小时重复一次。接下来,他们研究了与睡眠相关的分子对水螅的影响。他们将水螅暴露在褪黑素、抑制性神经递质GABA和多巴胺下,发现褪黑素和GABA均可促进睡眠,而多巴胺可抑制睡眠。
之后,他们又利用振动和温度变化来干扰水螅的睡眠,发现水螅在第二天会睡得更长一些,而且细胞增殖受到抑制。他们进一步发现,睡眠不足会导致212个基因的表达发生变化,其中包括PRKG。这种蛋白质与多种动物的睡眠调节有关,包括小鼠、果蝇和线虫。
Itoh强调了这些发现的重要性,并指出:“这些实验提供了有力的证据,说明动物在进化出中枢神经系统之前就已经获得了睡眠的相关机制,随着大脑的进化,许多机制仍然是保守的。
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