哪種生物最先打盹?

動物打盹至少已經有 5 億年曆史了。這是動物睡眠的首個證據

Sleeping meerkat on stone

一隻正在睡覺的貓鼬。

“沒有任何生物能夠長期在絕對現實的條件下理智地生存下去,” 雪莉·傑克遜在她 1959 年的恐怖小說《山莊鬼宅》的開篇寫道。“甚至雲雀和蟈蟈,據說也有做夢的時候。”

傑克遜寫下這句話是為了引出她的鬼屋,在那裡,現實和夢境之間的界限始終模糊不清,但她說得對:至少大多數活著的動物,絕對必須關閉一段時間的現實,才能保持功能正常——並存活下去。

在整個動物界,“睡眠”看起來非常不同。人類進入一種夢幻般的無意識狀態。海豚會分批關閉大腦的各個部分。軍艦鳥在空中翱翔時,會進行幾秒鐘的短暫睡眠。


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然而,幾乎所有動物都會睡覺。在過去十年左右的時間裡,研究人員發現,即使是沒有大腦的生物,如水母和水螅——具有所有刺胞動物中最簡單身體結構的淡水生物——也會做出一些看起來很像打盹的事情。那麼,第一種打盹的動物是什麼?

當然,沒有儲存完好的睡眠巢穴,裡面也沒有遠古小生物並排打鼾的化石。儘管沒有人確切知道,但打盹可能發生在 5 億多年前,而且幾乎可以肯定是由一種非常簡單的生物完成的。“我的觀點是,當動物開始擁有連線肌肉的神經系統時,它們幾乎肯定會睡覺,” 加州大學伯克利分校的博士後研究員邁克爾·艾布拉姆斯說,他是一個團隊的成員,該團隊發現 卡西奧佩亞屬的水母在 2017 年會定期進入類似睡眠的狀態

科學家們尚未確定這發生的時間,但神經系統可以追溯到很久以前。2019 年的一項研究表明,最早發展出神經元的生物是 一種叫做狄更遜蟲的小型扁平盤狀生物,它們在埃迪卡拉紀(6.35 億至 5.42 億年前)以微生物為食。雖然尚不清楚這些是否真的是第一個擁有神經系統的動物,但神經元很可能在這一時期左右進化,早於地球上物種數量在隨後的寒武紀期間大規模擴張之前。

但是,關於沒有神經系統的生物,如海綿甚至植物,是否可以被認為是在睡覺,仍然存在爭議。“神經系統可能不是表現出睡眠的必要條件;沒有人知道,” 日本九州大學的生物鐘研究員太一伊藤說。“我們仍在尋找睡眠的起源。”

每次您依偎在枕頭上進入夢鄉時,您都在進行一種促進細胞生長、鞏固記憶、減少炎症的生物必需活動,而且——當一切都結束後——讓您活下去。但是睡眠很奇怪:為什麼生物要關閉環境幾個小時,讓自己容易受到捕食者和其他危險的威脅呢?

這是激勵像伊藤和艾布拉姆斯這樣的研究人員的問題。艾布拉姆斯說,很明顯,睡眠對於基本的生物過程至關重要,並且越來越多的研究表明它可以促進細胞增殖和生長。新生嬰兒每天睡眠約 16 小時是有原因的。

人們曾經認為這種狀態是大腦動物的專屬,但在 2017 年,艾布拉姆斯和他的同事在《當代生物學》雜誌上報告了他們的發現,即 卡西奧佩亞水母似乎會睡覺。這些水母大部分時間都以鐘口朝下的姿勢坐在海底,有規律地跳動,這是一個節拍器,讓團隊可以確定水母的活躍程度。在實驗室中,研究人員跟蹤了水母的脈搏隨時間的變化,發現刺胞動物在夜間的脈搏比白天減少了 32%。如果被突然從下面移開水箱底部而驚醒,水母會表現出延遲反應,但如果提供食物,它們會慢慢“醒來”。當整晚都被惱人的水脈衝剝奪了它們的靜止期時,第二天水母自身的脈搏變得更慢更長,而且這些生物表現出反應能力下降,就像它們睡眠不足一樣。

同樣,伊藤和他的團隊在 2020 年的《科學進展》雜誌上報告說,一種叫做尋常水螅的微小水螅也 有一個非常像睡眠的靜止期。在研究中,水螅在這些時期幾乎完全靜止不動。光脈衝可以喚醒它們,但在靜止大約 20 分鐘後,這些動物對光脈衝的反應很慢,就像一個睡眼惺忪的人一樣。當透過施加在水箱上的惱人振動剝奪了這種類似睡眠的時期時,水螅會在下次有機會時“睡”得更久,並且更快地入睡。

對於研究人員來說,水母和水螅的這些靜止期符合所有睡眠的標準:活動減少,但在受到干擾時仍可逆轉;對刺激的延遲反應;在剝奪這種安靜期後行為減慢;以及在失去靜止時間後更有休息的動力。

更重要的是,與其他動物和人類相比,類似的基因和分子似乎控制著刺胞動物的睡眠。艾布拉姆斯和他的團隊發現,給水母褪黑激素,它們就會昏昏欲睡——就像人類一樣。伊藤和他的團隊發現,褪黑激素也使水螅昏昏欲睡,並且控制水螅睡眠的基因與人類的基因相似。然而,在人和動物身上引起清醒的多巴胺卻使水螅昏昏欲睡。這表明,自從水螅和人類的譜系在進化樹上彼此分離後的數億年中,進化一直在擺弄這些化學途徑,改變它們。

刺胞動物沒有大腦,也沒有任何形式的中樞神經系統,但它們確實有神經元透過瀰漫的“網”連線在一起。艾布拉姆斯和伊藤說,一個大問題是沒有神經元的動物是否會睡覺。艾布拉姆斯說,尋找睡眠的下一個合乎邏輯的地方是海綿,它們是沒有神經系統的動物,在至少 5.4 億年前進化而來,並且根據 2021 年《自然》雜誌的一項研究,可能早在 8.9 億年前就已存在。然而,在實驗室裡培養海綿很困難。而且,在一個不表現出運動的動物中定義“睡眠”很棘手:你如何判斷海綿是否在休息?

離開動物界,植物確實會透過運動來對環境做出反應,隨著太陽在天空中的移動而轉向太陽。艾布拉姆斯說,可以透過干擾這些節奏來測試植物是否“睡眠”,儘管設定這個實驗也很棘手。他補充說,如果說植物可以睡覺,那麼它們的版本可能與動物界的睡眠截然不同。“這對人類來說可能不太有意義,但它確實涉及到睡眠的起源或進化,” 艾布拉姆斯說。“在擁有神經系統之前,最後一個沒有神經系統的共同祖先擁有什麼,才能讓睡眠在擁有神經系統之後出現?”

最重要的是,確定第一個打盹的生物需要確定大約 5 億年前進化出神經元的第一個生物——可能是一種小型海洋動物,它利用其神經系統來捕食獵物。在更具推測性的方面,睡眠可能至少與海綿一樣古老,海綿是地球上最早的動物之一。但直到今天,沒有人真正知道海綿是否會打盹。

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