睡眠的目的和進化起源是神經科學中最大的謎團之一。從最不起眼的果蠅到最大的藍鯨，每一種複雜的動物都會睡覺——然而科學家們無法解釋為什麼任何生物會在一天中的大部分時間裡讓自己容易受到捕食者的攻擊，並且無法進食或交配。現在，研究人員首次證明，即使是沒有大腦的生物——一種水母——也表現出類似睡眠的行為，這表明睡眠的起源比想象的更為原始。
研究人員觀察到，缽水母屬（Cassiopea）水母夜間鍾狀體的搏動速率減少了三分之一，並且在此期間，這些動物對食物或運動等外部刺激的反應也慢得多。當被剝奪夜間休息時，這些水母第二天就不太活躍。
“我們與每個人交談時，他們都會對水母是否睡覺發表意見。這真的迫使他們認真思考睡眠是什麼這個問題，”該論文的第一作者、加州理工學院（Caltech）分子遺傳學家 Ravi Nath 說。該研究於 9 月 21 日發表在《當代生物學》（Current Biology）雜誌上。
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南加州大學神經科學家 Dion Dickman 說：“這項工作為類似睡眠的狀態在進化早期是如何演變而來的提供了令人信服的證據。”
無腦睡眠
Nath 正在研究線蟲（Caenorhabditis elegans）的睡眠，但每當他在研究會議上展示他的工作時，其他科學家都會嘲笑如此簡單的動物也能睡覺的想法。這個問題讓 Nath 開始思考：動物的神經系統要簡單到什麼程度，這種生物才會失去睡眠能力？Nath 的痴迷很快感染了他的朋友和加州理工學院的博士生同學 Michael Abrams 和 Claire Bedbrook。Abrams 研究水母，他建議其中一種生物將是一個合適的模式生物，因為水母有神經元但沒有中樞神經系統。相反，它們的神經元連線在一個分散的神經網路中。
特別是缽水母屬（Cassiopea）水母引起了這三人的注意。由於其習慣於用鍾狀體坐在海底，觸手向上揮舞，因此被稱為倒立水母，缽水母屬（Cassiopea）很少自行移動。這使得研究人員更容易設計一個自動化系統，該系統使用影片來跟蹤鍾狀體的搏動活動。為了提供缽水母屬（Cassiopea）（或任何其他生物）具有類似睡眠行為的證據，研究人員需要展示一個快速可逆的活動減少期或靜止期，以及對刺激的反應降低。這種行為還必須由睡眠需求驅動，睡眠需求會隨著水母醒著的時間延長而增加，因此，減少睡眠的一天之後，將是更多的休息。
其他研究人員已經記錄了其他種類的水母夜間活動下降的情況，但尚不清楚是否有水母表現出睡眠行為的其他方面。在一個 35 升的魚缸中，Nath、Abrams 和 Bedbrook 跟蹤了缽水母屬（Cassiopea）六天六夜的鐘狀體搏動，發現其速率在白天平均為每秒一次搏動，但在夜間下降了近三分之一。他們還記錄了夜間 10-15 秒的無搏動期，而白天則沒有這種情況。
不安的夜晚
由於沒有既定的水母鬧鐘，科學家們使用鹽水蝦和牡蠣卵作為零食來試圖喚醒打盹的缽水母屬（Cassiopea）。當他們在夜間將食物放入魚缸時，缽水母屬（Cassiopea）透過恢復到白天的活動模式來回應它的美食。該團隊利用水母喜歡坐在固體表面上的習性來測試靜止的缽水母屬（Cassiopea）對外部刺激的反應是否延遲。他們使用篩網緩慢地將水母從魚缸底部抬起，然後將其從動物下方拉出，使水母漂浮在水中。在夜間發生這種情況時，這種生物開始搏動並重新定向自身所需的時間比白天更長。如果在夜間立即重複該實驗，水母的反應就好像是白天一樣。最後，當研究小組透過反覆脈衝水流迫使缽水母屬（Cassiopea）熬夜時，他們發現第二天的活動量下降了 17%。
德國基爾大學進化生物學家 Thomas Bosch 說：“這項工作表明，睡眠比我們想象的要古老得多。這些生物的簡單性是瞭解睡眠進化的原因和作用的一扇門。” “睡眠可以追溯到這些小小的後生動物——它還能追溯到多遠？”他問道。
這正是 Nath、Abrams 和 Bedbrook 想要 выяснить 的。在完成博士論文的混亂之中，他們已經開始尋找可能控制睡眠的古老基因，希望能從中找到關於睡眠最初進化的原因的線索。
本文經許可轉載，首次發表於此處，時間為 2017 年 9 月 21 日。