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睡眠和大脑,哪个更早?

睡眠和大脑,哪个更早?

初看这个题目,可能会想,这啥问题啊?这不是明摆着吗,没有大脑,如何睡眠?当然是先有大脑,再有睡眠啊。

日本九州大学伊藤太极助理教授(Taichi Q. Itoh)却说:“我们现在有充分的证据表明:动物必须先获得睡眠才能够获得大脑。”

睡眠和大脑,哪个更早?

伊藤太极助理教授(Taichi Q. Itoh)

伊藤教授研究的是水螅,一种软体动物,它有分散的神经网络,但与高等动物的大脑相距甚远。

研究人员发现,水螅显示出四个小时的活跃状态和睡眠状态,而不是像昼夜节律一样每24小时重复一次。

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据说水螅是永生的。资料来源:九州大学太极伊藤

这种四小时的周期就是睡眠吗?科学家们还需要一些进一步的实验手段去检验。

将水螅暴露于褪黑素(一种常用的助眠剂),发现可以增加水螅的睡眠量和频率。

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▲当眼睛接收到来自太阳的光线时,松果体褪黑素(Melatonin)的产生受到抑制,产生的激素使人保持清醒。当眼睛不接收光时,松果体会产生褪黑激素,人会变得疲倦。

而添加抑制性神经递质GABA(与许多动物的睡眠活动有关的另一种化学物质),则极大地增加了睡眠活动。

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产生GABA的神经元

当然也有些反例,比如多巴胺会唤醒多数动物,但却促进了水螅的“睡眠”。

此外,研究人员还利用振动和温度变化干扰水螅的“睡眠”,让水螅“睡眠不足”,结果发现水螅第二天似乎疲劳了,睡眠时间更长,甚至抑制了细胞增殖。

研究人员更仔细地调查后发现,睡眠不足导致212个基因表达发生变化,其中包括一个与PRKG有关的基因,PRKG是一种与多种动物(包括小鼠,果蝇和线虫)的睡眠调节有关的蛋白质。

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▲研究人员轮番用不同的化学物质——褪黑素(Melatonin)、抑制性神经递质GABA、多巴胺(Dopamine)等——去“拷问”不同层级的动物——水螅、果蝇、线虫、海兔、鱼、人。伊藤教授的研究表明,这些睡眠调节成分在进化树上是一以贯之的。资料来源:九州大学太极伊藤

伊藤教授说:“总之,这些实验提供了有力的证据,表明水螅在分子和基因水平上表现出与睡眠相关的特征,这可以证明动物在中枢神经系统进化之前就已经获得了与睡眠有关的机制,而且其中许多机制在大脑进化过程中都得到了保护。”

那么,你怎么看?

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更多信息:

Hiroyuki J. Kanaya et al, A sleep-like state in Hydra unravels conserved sleep mechanisms during the evolutionary development of the central nervous system, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.abb9415

Journal information: Science Advances