顛覆性發現：這種動物沒長腦子也能睡覺

撰文 | Carrie Arnold

翻譯 | 施懌

審校 | 吳非

睡眠這種行為是如何演化而來的？它對於生物的意義又是什麼？圍繞著睡眠的諸多話題，一直是神經科學領域最大的未解之謎之一。從不起眼的果蠅到龐大的藍鯨，所有的複雜動物都需要睡覺。然而科學家無法解釋，為什麼一個生物每天都要在相當長的一段時間內，將自己毫無保護地暴露給掠食者，也無法進食或交配。在一篇近期發表於《當代生物學》（Current Biology）的論文中，加州理工學院的科學家在仙女水母（Cassiopea）身上首次證明，沒有大腦的生物也能有類似睡眠的行為。這一發現表明，睡眠的起源比預想要早很多。

研究者觀察到，在夜晚，仙女水母擺動傘膜的頻率降低了三分之一，同時它們對食物和環境刺激的反應速度也大幅降低。如果剝奪它們夜晚的休息時間，這些水母在第二天白天會變得更不活躍。

這篇論文的第一作者，加州理工學院的分子遺傳學家拉維·納特（Ravi Nath）說：「與我們交談的每個人對於水母是否有睡眠行為都有不同的看法，但觀察到的現象確實引發了人們對睡眠現象本質的關注。」

南加州大學的神經科學家迪翁·迪克曼（Dion Dickman）則評價說：「這項工作有力地證明了類睡眠狀態在演化史上出現之早。」

無腦的睡眠者

納特通過秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）來研究睡眠，但每當他在研究會議上展示他的工作，其他科學家都對這樣簡單的動物也會睡覺的想法嗤之以鼻。這一問題使納特開始思考，最早擁有睡覺能力的動物至少需要多大的神經系統？納特對這一問題的痴迷很快感染了他在加州理工學院的好友兼同行，博士生邁克爾·艾布拉姆斯（Michael Abrams）和克萊爾·貝德布魯克（Claire Bedbrook）。艾布拉姆斯開始研究水母，他認為水母可以作為研究這一問題的合理模型，因為它們有神經元但不具有中樞神經系統（包括腦和脊髓）。它們的神經元以分散神經網路的方式彼此連接。

其中，仙女水母受到三人的格外關注。這種水母很少自發運動，它們習慣於靠傘膜靜坐在海床上並向上擺動觸手，因此也被形象地稱為「倒立水母」。這使得研究者可以更容易地設計一個用聲音記錄水母傘膜擺動活動的自動系統。為了證明仙女水母（或者其他任何生物）有類似睡眠的行為，研究者需要觀察到一段活動減弱或靜止，並能快速復原的狀態，它們對外界刺激的反應也有所下降。這種行為被睡眠的需求驅動，也就是說它應該能夠延長水母清醒狀態下的時間。因此，如果某一天缺乏睡眠，水母需要在第二天獲得更多的休息。

其他研究者已經在其他種類的水母中記錄到了夜間活動性的下降，但是還沒有發現任何水母表現出其他方面的睡眠行為。在一個35升的水箱中，納特、艾布拉姆斯和貝德布魯克連續六天跟蹤記錄了仙女水母傘膜分別在晝夜的擺動情況。他們發現，擺動頻率在白天平均為一次每秒，到夜晚速度則下降了三分之一。他們還在夜裡記錄下一段10~15秒的停止擺動時間，這種情況在白天從未出現過。

新的研究表明仙女水母（Cassiopea）沒有夜生活，在太陽下山之後它們也會縮進床里睡覺。

不眠之夜

因為還沒有水母專用的鬧鐘，科學家使用混合了鹵蟲和牡蠣卵的食物作為刺激，以試圖喚醒打盹兒的仙女水母。當他們在夜間向水箱中投入食物時，仙女水母立即恢復了白天的活動模式來回應這種刺激。研究組選擇水母坐在固體表面的特性，來檢測靜止的水母對外界刺激的反應是否下降了。他們用篩子輕輕地把水母從底部抬起來，從而讓水母脫離吸附物，在水中漂浮。在夜間進行這項試驗的時候，水母需要比白天花費更長的時間，才能恢復擺動並重新找到方向。如果在夜間馬上重複實驗，水母的反應則與白天一樣。最後，研究組用反覆波動的水流強制仙女水母在夜間保持清醒，他們發現這使得水母在第二天的活動降低了17%。

「這一研究結果表明，睡眠行為比我們想像的更古老，這些簡單的生物為我們理解睡眠為何出現以及它的意義提供了思路，」德國基爾大學的演化生物學家托馬斯·博世（Thomas Bosch）說，「在這些小小的多細胞生物中也能記錄到睡眠行為，睡眠的出現究竟比我們預想的是早多少？」

這也是納特、艾布拉姆斯和貝德布魯克想要發現的。他們開始尋找可能控制睡眠的古老基因，希望這能為睡眠的起源提供線索。

https://www.scientificamerican.com/article/jellyfish-caught-snoozing-give-clues-to-origin-of-sleep/

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