在生物演化过程中先有的大脑还是先有的睡眠?

大家可能都没有想过这个问题:睡眠还是大脑,在生物演化的历史中,哪个出现在先?换句话说,没有大脑的生物体有睡眠这一机能吗?根据对原始的水生生命形式Hydra vulgaris的研究,科学家们可能找到了答案。

最新研究表明,这些微小的生物尽管没有大脑也能进入类似睡眠的状态,向我们揭示了很多有关动物如何演化出睡眠需求和能力的信息。

更重要的是,研究背后的团队发现,导致人类嗜睡的化学物质对Hydra vulgaris具有相同的影响,尽管两种生物之间存在巨大差异,但我们人类和这些水生小虫确有生物学联系。

日本九州大学的生物学家伊藤太一(Taichi Itoh)说:“我们现在有充分的证据表明,动物先具备了睡眠,然后再长出了大脑。根据我们的发现和先前的研究,我们可以说睡眠进化与大脑进化无关。”

先前的研究对象是水母,发现它们也具有类似睡眠的行为。但是,水母的神经系统比Hydra vulgaris更高级。团队不确定,对于只有更原始和分散的神经组织的Hydra,是否能够看到类似睡眠的行为。

研究人员使用视频系统跟踪活体样本,并使用闪光灯充当昼夜信号。他们观察到这些小动物平均每四个小时进入一次睡眠。看来它们的精力消耗速度比我们人类还快。

将Hydra vulgaris暴露于褪黑激素和抑制性神经递质GABA(它们都使包括人类在内的许多动物入睡)使它们“贪睡”时间更久。另一方面,多巴胺暴露也增加了它们的入睡时间,而对人类,多巴胺是用于唤醒我们的激素。

这些反应为科学家提供了更多线索,说明在生物体内发育出大脑之前和之后,睡眠机制是如何演变的。

伊藤说:“虽然某些原始的睡眠机制得到了保留,但其他睡眠机制可能在大脑进化过程中发生了功能转换。”

Hydra vulgaris也会在睡眠剥夺后补觉,甚至睡眠中断也干扰了它们细胞的增殖。

睡眠中断改变了212个基因的表达,其中一个被称为PRKG:调控与许多动物(包括小鼠和果蝇)的睡眠模式相关的蛋白质。进一步的研究可能会揭示出我们尚不知道的与普遍睡眠过程相关的通用基因。

该研究已发表在《科学进展》上。

原文:https://www.sciencealert.com/basic-life-forms-may-answer-the-question-of-which-came-first-sleep-or-the-brain

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