没有大脑也能睡觉？倒立水母揭示“睡眠的真正目的”

没有大脑也能睡觉？倒立水母揭示“睡眠的真正目的”

睡眠是一个神秘的现象。它让生物变得毫无防备，停止觅食和繁殖，并更容易受到捕食者的攻击。尽管如此，睡眠仍然在广泛的动物中持续存在。为什么这种“危险的行为”如此难以舍弃？一个意想不到的生物为这个问题提供了线索。


主角是“倒立水母”。这是一种在水底以伞状向下漂浮并有节奏地跳动的水母。在研究中观察到，这种倒立水母在晚上会降低跳动的节奏，进入一种反应迟钝的“类似睡眠的状态”。而且，它们在白天也会进行短暂的休息（类似于午睡），表现出一种“弥补”晚上被打扰的行为。


这里重要的是，水母并没有像我们一样的“脑”。水母的神经系统更像是分布在身体上的“神经网”。可以说，它们在没有中央指挥部的情况下对环境做出反应。然而，它们似乎仍然知道“何时该休息”。睡眠是脑的高级功能（如梦境和记忆整理）的副产品，还是更为根本的生存策略？讨论的焦点因此变得更加深刻。


那么，“睡眠”究竟需要满足什么条件？

“闭上眼睛静止不动”并不等于睡眠。判断动物是否在睡眠，通常有几个标准。其中一个典型的是“反应性降低”。也就是说，对外界刺激的反应速度变慢，或者反应变得不那么敏感。


研究团队通过红外线拍摄行为，并用白光照射或提供食物刺激来测量反应速度。结果显示，当倒立水母在一定时间内跳动缓慢时，它们的反应变得迟钝。某种海葵（星海葵）也显示出类似的趋势，当它们在一定时间内几乎不动时，反应会变慢。也就是说，“睡眠时的迟钝”在刺胞动物中也成立。


此外，睡眠具有“恒常性（稳态）”。睡眠不足后会感到强烈的困倦，并通过长时间的睡眠来弥补——这就是所谓的“补觉”或“反弹睡眠”现象。研究中观察到，当通过水流等方式故意干扰休息时，之后的睡眠时间会增加。人类“睡眠不足后第二天感到困倦”的逻辑在仅有神经网的动物中也显现出来。


核心：清醒时神经细胞的DNA受损，睡眠时修复加速？

本次话题的中心是“睡眠＝神经细胞DNA维护时间”这一假设。


要点如下。

  • 在清醒并活动的过程中，神经细胞的DNA损伤（如断裂）增加。

  • 在休息或类似睡眠状态之后，这些损伤的指标减少。

  • 困倦（睡眠压力）本身可能是由DNA损伤或细胞压力增加引起的。


研究团队使用特定的染色方法等技术可视化神经细胞的DNA损伤痕迹，并追踪其在不同时间段和状态下的变化。结果显示，倒立水母在持续活动时损伤增加，而在较长的休息后损伤减少。海葵也报告了类似的趋势，不同种类的生物都显示出“清醒时损伤累积→休息后恢复”的模式。


此外，为了探究因果关系，还进行了用紫外线（UV-B）照射以更容易损伤DNA的实验。结果显示，短时间内损伤增加，随后休息时间增加。休息后损伤接近基准——这支持了“损伤引发睡眠，睡眠帮助修复”的循环模型。


“睡眠的起源”有多古老？

刺胞动物（水母、海葵、珊瑚等）在动物系统树中位于相当根本的位置。据认为，它们与包括我们在内的两侧对称动物（昆虫和脊椎动物等）分开已有大约6至7亿年。如果在刺胞动物阶段，睡眠的核心功能已经形成，那么睡眠很可能不是“在脑发达后产生的便利功能”，而是在“神经系统形成时就需要的基本功能”。


这里有趣的是关于睡眠“目的”的讨论。睡眠被提议具有节约能量、固定记忆、调节免疫等多方面的好处。此次结果并不是否定这些，而是更接近于“首先需要的是神经细胞的维护”这一优先级的讨论。神经细胞基本上难以增殖，损坏后难以替换。因此，定期的“修理时间”是必要的——这种看法在进化上是合理的。


褪黑激素对“无脑动物”也有效？对常识的小小冲击

还有一个刺激讨论的因素。提到睡眠和生物钟就会想到褪黑激素。我们有“天黑时褪黑激素增加导致困倦”的印象。然而实验显示，当将褪黑激素加入水中时，倒立水母和海葵在“本来的活动时间段”也会增加休息。


虽然有观点认为“褪黑激素的睡眠作用是在脊椎动物中进化的”，但也有可能它在更早的阶段就作为“休息开关”起作用。睡眠的历史不仅古老，调节睡眠的化学机制可能也比想象中更古老。


SNS的反应：“即使没有脑也会睡觉”的惊讶与理解，以及玩笑

这个话题在SNS上也很容易传播，原因很简单，因为“即使没有脑也会睡觉”这句话很有冲击力。反应主要分为三种类型。


1）朴素的疑问：为什么不能在清醒时修复？

在海外论坛上，“为什么不能在清醒时修复？”这一直接的问题排在前列。根据研究的解释，活动中刺激输入、神经发火、代谢等持续进行，可能对修复过程产生较大干扰。然而，这仍是一个假设领域，“睡眠如何‘更易于修复’的条件是什么”将成为下一步的研究课题。

2）理解的声音：睡眠可能不是“为了脑”而是“为了神经”

“我一直认为睡眠首先是为了维护”的感觉很契合。在感官输入减少的状态下，集中处理在清醒期间积累的损伤和压力。人类的体验（睡觉后恢复）与分子水平的解释（DNA修复）似乎“连结起来”了。


3）惯例的幽默：水母的噩梦，对人类的讽刺

像SNS一样，玩笑也会出现。“水母会因噩梦而担心学分不足吗？”这样的笑话，以及“也有没脑子的人类”之类的讽刺也是这类新闻的“风物诗”。当科学话题传播时，惊讶、理解和笑声的循环是健康的。因为入口越轻松，人们越容易流向正文内容（DNA损伤与睡眠压力的关系）。


那么，“睡眠的本质”是否已尘埃落定？

急于得出结论会导致误解。这项研究并没有断言“睡眠的唯一目的＝DNA修复”。更合理的看法是，DNA保护作为“最古老的核心功能之一”得到了加强。随着神经系统的复杂化，学习和记忆、突触调节等其他好处可能“后来叠加上去”。


即便如此，水母和海葵这些“看似原始”的生物所传达的信息是强烈的。
睡眠可能不是为了意识或梦境而诞生的，而是首先为了“保护脆弱的神经”而必要的。
而这种必要性，从6亿多年前开始，就是生命“值得付出代价去获得的价值”——这样一想，今晚的睡眠看起来会有些不同。


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