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http://sh.lcxw.cn 时间:2017-12-13 09:28:13 来源:北京青年报

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原标题:颠覆性发现:这种动物没长脑子也能睡觉

环球科学ScientificAmerican消息,睡眠这种行为是如何演化而来的?它对于生物的意义又是什么?围绕着睡眠的诸多话题,一直是神经科学领域最大的未解之谜之一。从不起眼的果蝇到庞大的蓝鲸,所有的复杂动物都需要睡觉。然而科学家无法解释,为什么一个生物每天都要在相当长的一段时间内,将自己毫无保护地暴露给掠食者,也无法进食或交配。

在一篇近期发表于《当代生物学》(Current Biology)的论文中,加州理工学院的科学家在仙女水母(Cassiopea)身上首次证明,没有大脑的生物也能有类似睡眠的行为。这一发现表明,睡眠的起源比预想要早很多。

研究者观察到,在夜晚,仙女水母摆动伞膜的频率降低了三分之一,同时它们对食物和环境刺激的反应速度也大幅降低。如果剥夺它们夜晚的休息时间,这些水母在第二天白天会变得更不活跃。

这篇论文的第一作者,加州理工学院的分子遗传学家拉维·纳特(Ravi Nath)说:“与我们交谈的每个人对于水母是否有睡眠行为都有不同的看法,但观察到的现象确实引发了人们对睡眠现象本质的关注。”

南加州大学的神经科学家迪翁·迪克曼(Dion Dickman)则评价说:“这项工作有力地证明了类睡眠状态在演化史上出现之早。”

无脑的睡眠者

纳特通过秀丽隐杆线虫来研究睡眠,但每当他在研究会议上展示他的工作,其他科学家都对这样简单的动物也会睡觉的想法嗤之以鼻。这一问题使纳特开始思考,最早拥有睡觉能力的动物至少需要多大的神经系统?纳特对这一问题的痴迷很快感染了他在加州理工学院的好友兼同行,博士生迈克尔·艾布拉姆斯和克莱尔·贝德布鲁克。艾布拉姆斯开始研究水母,他认为水母可以作为研究这一问题的合理模型,因为它们有神经元但不具有中枢神经系统(包括脑和脊髓)。它们的神经元以分散神经网络的方式彼此连接。

其中,仙女水母受到三人的格外关注。这种水母很少自发运动,它们习惯于靠伞膜静坐在海床上并向上摆动触手,因此也被形象地称为“倒立水母”。这使得研究者可以更容易地设计一个用声音记录水母伞膜摆动活动的自动系统。为了证明仙女水母(或者其他任何生物)有类似睡眠的行为,研究者需要观察到一段活动减弱或静止,并能快速复原的状态,它们对外界刺激的反应也有所下降。这种行为被睡眠的需求驱动,也就是说它应该能够延长水母清醒状态下的时间。因此,如果某一天缺乏睡眠,水母需要在第二天获得更多的休息。

其他研究者已经在其他种类的水母中记录到了夜间活动性的下降,但是还没有发现任何水母表现出其他方面的睡眠行为。在一个35升的水箱中,纳特、艾布拉姆斯和贝德布鲁克连续六天跟踪记录了仙女水母伞膜分别在昼夜的摆动情况。他们发现,摆动频率在白天平均为一次每秒,到夜晚速度则下降了三分之一。他们还在夜里记录下一段10~15秒的停止摆动时间,这种情况在白天从未出现过。

新的研究表明仙女水母(Cassiopea)没有夜生活,在太阳下山之后它们也会缩进床里睡觉。

不眠之夜

因为还没有水母专用的闹钟,科学家使用混合了卤虫和牡蛎卵的食物作为刺激,以试图唤醒打盹儿的仙女水母。当他们在夜间向水箱中投入食物时,仙女水母立即恢复了白天的活动模式来回应这种刺激。研究组选择水母坐在固体表面的特性,来检测静止的水母对外界刺激的反应是否下降了。他们用筛子轻轻地把水母从底部抬起来,从而让水母脱离吸附物,在水中漂浮。在夜间进行这项试验的时候,水母需要比白天花费更长的时间,才能恢复摆动并重新找到方向。如果在夜间马上重复实验,水母的反应则与白天一样。最后,研究组用反复波动的水流强制仙女水母在夜间保持清醒,他们发现这使得水母在第二天的活动降低了17%。

“这一研究结果表明,睡眠行为比我们想象的更古老,这些简单的生物为我们理解睡眠为何出现以及它的意义提供了思路,”德国基尔大学的演化生物学家托马斯·博世(Thomas Bosch)说,“在这些小小的多细胞生物中也能记录到睡眠行为,睡眠的出现究竟比我们预想的是早多少?”

这也是纳特、艾布拉姆斯和贝德布鲁克想要发现的。他们开始寻找可能控制睡眠的古老基因,希望这能为睡眠的起源提供线索。

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