睡眠的目的和进化起源是神经科学中最大的谜团之一。从最不起眼的果蝇到最大的蓝鲸，每一种复杂的动物都会睡觉——然而科学家们无法解释为什么任何生物会在一天中的大部分时间里让自己容易受到捕食者的攻击，并且无法进食或交配。现在，研究人员首次证明，即使是没有大脑的生物——一种水母——也表现出类似睡眠的行为，这表明睡眠的起源比想象的更为原始。
研究人员观察到，钵水母属（Cassiopea）水母夜间钟状体的搏动速率减少了三分之一，并且在此期间，这些动物对食物或运动等外部刺激的反应也慢得多。当被剥夺夜间休息时，这些水母第二天就不太活跃。
“我们与每个人交谈时，他们都会对水母是否睡觉发表意见。这真的迫使他们认真思考睡眠是什么这个问题，”该论文的第一作者、加州理工学院（Caltech）分子遗传学家 Ravi Nath 说。该研究于 9 月 21 日发表在《当代生物学》（Current Biology）杂志上。
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南加州大学神经科学家 Dion Dickman 说：“这项工作为类似睡眠的状态在进化早期是如何演变而来的提供了令人信服的证据。”
无脑睡眠
Nath 正在研究线虫（Caenorhabditis elegans）的睡眠，但每当他在研究会议上展示他的工作时，其他科学家都会嘲笑如此简单的动物也能睡觉的想法。这个问题让 Nath 开始思考：动物的神经系统要简单到什么程度，这种生物才会失去睡眠能力？Nath 的痴迷很快感染了他的朋友和加州理工学院的博士生同学 Michael Abrams 和 Claire Bedbrook。Abrams 研究水母，他建议其中一种生物将是一个合适的模式生物，因为水母有神经元但没有中枢神经系统。相反，它们的神经元连接在一个分散的神经网络中。
特别是钵水母属（Cassiopea）水母引起了这三人的注意。由于其习惯于用钟状体坐在海底，触手向上挥舞，因此被称为倒立水母，钵水母属（Cassiopea）很少自行移动。这使得研究人员更容易设计一个自动化系统，该系统使用视频来跟踪钟状体的搏动活动。为了提供钵水母属（Cassiopea）（或任何其他生物）具有类似睡眠行为的证据，研究人员需要展示一个快速可逆的活动减少期或静止期，以及对刺激的反应降低。这种行为还必须由睡眠需求驱动，睡眠需求会随着水母醒着的时间延长而增加，因此，减少睡眠的一天之后，将是更多的休息。
其他研究人员已经记录了其他种类的水母夜间活动下降的情况，但尚不清楚是否有水母表现出睡眠行为的其他方面。在一个 35 升的鱼缸中，Nath、Abrams 和 Bedbrook 跟踪了钵水母属（Cassiopea）六天六夜的钟状体搏动，发现其速率在白天平均为每秒一次搏动，但在夜间下降了近三分之一。他们还记录了夜间 10-15 秒的无搏动期，而白天则没有这种情况。
不安的夜晚
由于没有既定的水母闹钟，科学家们使用盐水虾和牡蛎卵作为零食来试图唤醒打盹的钵水母属（Cassiopea）。当他们在夜间将食物放入鱼缸时，钵水母属（Cassiopea）通过恢复到白天的活动模式来回应它的美食。该团队利用水母喜欢坐在固体表面上的习性来测试静止的钵水母属（Cassiopea）对外部刺激的反应是否延迟。他们使用筛网缓慢地将水母从鱼缸底部抬起，然后将其从动物下方拉出，使水母漂浮在水中。在夜间发生这种情况时，这种生物开始搏动并重新定向自身所需的时间比白天更长。如果在夜间立即重复该实验，水母的反应就好像是白天一样。最后，当研究小组通过反复脉冲水流迫使钵水母属（Cassiopea）熬夜时，他们发现第二天的活动量下降了 17%。
德国基尔大学进化生物学家 Thomas Bosch 说：“这项工作表明，睡眠比我们想象的要古老得多。这些生物的简单性是了解睡眠进化的原因和作用的一扇门。” “睡眠可以追溯到这些小小的后生动物——它还能追溯到多远？”他问道。
这正是 Nath、Abrams 和 Bedbrook 想要 выяснить 的。在完成博士论文的混乱之中，他们已经开始寻找可能控制睡眠的古老基因，希望能从中找到关于睡眠最初进化的原因的线索。
本文经许可转载，首次发表于此处，时间为 2017 年 9 月 21 日。