水母身上發現了睡眠行為

人類若長期保持著清醒的時間,思考會變得非常困難,值得慶幸的是只要睡一會兒就足以讓我們的大腦再次快速運轉起來,但大家是否曾經好奇過動物是什麼時候開始需要睡眠的呢?而又是為什麼呢?擁有大腦是睡眠的先決條件嗎?在一項有助於瞭解動物睡眠進化起源的研究中,一組國際研究人員團隊研究表示:那些微小的、居住在水中的水螅儘管缺乏中樞神經系統,但牠們還是會表現出類似睡眠的狀態,而且進化動物的睡眠與分子反應有很大的關係。

日本九州大學文 理學院助理教授伊藤太一(tai ichi Q. Itoh)在《科學進展》(Science Advances)雜誌上發表的研究報告中說:「我們有強而有力的證據來表明,動物在發展出大腦之前就已經有了睡眠的需要。」最近在水母身上也發現了睡眠行為,水母是水螅的近親,也是蛇形綱的一員,日本九州大學和韓國蔚山國家科學技術研究所的研究人員的共同研究發現,那些在人類身上能引起困倦和睡眠的幾種化學物質對普通水螅也有類似的作用。

水螅的睡眠狀態機制

根據我們的發現和之前關於水母的報導,我們可以篤定睡眠運動的演化是獨立於大腦之外的 。不過關於動物睡眠是如何產生的,還有許多問題有待解決,但是水螅提供了科學家一種容易研究的生物來源,可以進一步研究無腦動物睡眠狀態的詳細機制,以幫助他們探討睡眠與大腦的相關性。

水螅通常只有幾釐米長,牠們具有分散的神經網絡,但缺乏與大腦有關的集中化功能,通常研究人員會根據腦電波的測量來監測睡眠狀態,但是對於沒有腦功能的小動物來說,這項技術完全行不通,不過幸好還有另一種方法,就是研究人員使用了一個錄影系統來追蹤水螅的運動狀態,以確定牠們何時會處於睡眠狀態,這邊指的睡眠狀態定義是水螅運動減少。研究人員發現,水螅不是像晝夜規律的人類一樣每24小時重複一次,而是表現出4 小時活躍及睡眠的交互狀態。

剝奪牠們的睡眠會導致基因發生變化

最後研究人員還把水螅暴露在褪黑激素(一種常用的睡眠輔助劑)下,適度地新增了睡眠量和頻率,而抑制性神經遞質GABA(另一種與許多動物的睡眠活動有關的化學物質)則大大新增了水螅的睡眠活動。伊藤認為:「雖然一些睡眠機制似乎是可行的,但其他機制在大腦進化過程中會改變大腦的功能。」

此外,研究人員還利用振動和溫度變化來乾擾水螅的睡眠,這項研究使水螅在第二天的睡眠時間延長,甚至抑制細胞增殖,研究人員更仔細地調查發現,在剝奪牠們的睡眠之後會導致212個基因發生明顯的變化,其中一個基因就與PRKG有關(PRKG是一種在老鼠、果蠅和線蟲等多種動物中參與睡眠調節的蛋白質)伊藤說:「綜上所述,這些實驗提供了強有力的證據,證明動物在中樞神經系統進化之前就獲得了與睡眠相關的功能機制,而且隨著大腦的進化,這些機制中的許多方面都屬於保守的狀態。」

圖片來源:read01

資料來源:University of Cincinnati(2021,January 11).Which came first, sleep or the brain?. Sciencedaily

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