哪种生物最先打盹?

动物打盹至少已经有 5 亿年历史了。这是动物睡眠的首个证据

Sleeping meerkat on stone

一只正在睡觉的猫鼬。

“没有任何生物能够长期在绝对现实的条件下理智地生存下去,” 雪莉·杰克逊在她 1959 年的恐怖小说《山庄鬼宅》的开篇写道。“甚至云雀和蝈蝈,据说也有做梦的时候。”

杰克逊写下这句话是为了引出她的鬼屋,在那里,现实和梦境之间的界限始终模糊不清,但她说得对:至少大多数活着的动物,绝对必须关闭一段时间的现实,才能保持功能正常——并存活下去。

在整个动物界,“睡眠”看起来非常不同。人类进入一种梦幻般的无意识状态。海豚会分批关闭大脑的各个部分。军舰鸟在空中翱翔时,会进行几秒钟的短暂睡眠。


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然而,几乎所有动物都会睡觉。在过去十年左右的时间里,研究人员发现,即使是没有大脑的生物,如水母和水螅——具有所有刺胞动物中最简单身体结构的淡水生物——也会做出一些看起来很像打盹的事情。那么,第一种打盹的动物是什么?

当然,没有保存完好的睡眠巢穴,里面也没有远古小生物并排打鼾的化石。尽管没有人确切知道,但打盹可能发生在 5 亿多年前,而且几乎可以肯定是由一种非常简单的生物完成的。“我的观点是,当动物开始拥有连接肌肉的神经系统时,它们几乎肯定会睡觉,” 加州大学伯克利分校的博士后研究员迈克尔·艾布拉姆斯说,他是一个团队的成员,该团队发现 卡西奥佩亚属的水母在 2017 年会定期进入类似睡眠的状态

科学家们尚未确定这发生的时间,但神经系统可以追溯到很久以前。2019 年的一项研究表明,最早发展出神经元的生物是 一种叫做狄更逊虫的小型扁平盘状生物,它们在埃迪卡拉纪(6.35 亿至 5.42 亿年前)以微生物为食。虽然尚不清楚这些是否真的是第一个拥有神经系统的动物,但神经元很可能在这一时期左右进化,早于地球上物种数量在随后的寒武纪期间大规模扩张之前。

但是,关于没有神经系统的生物,如海绵甚至植物,是否可以被认为是在睡觉,仍然存在争议。“神经系统可能不是表现出睡眠的必要条件;没有人知道,” 日本九州大学的生物钟研究员太一伊藤说。“我们仍在寻找睡眠的起源。”

每次您依偎在枕头上进入梦乡时,您都在进行一种促进细胞生长、巩固记忆、减少炎症的生物必需活动,而且——当一切都结束后——让您活下去。但是睡眠很奇怪:为什么生物要关闭环境几个小时,让自己容易受到捕食者和其他危险的威胁呢?

这是激励像伊藤和艾布拉姆斯这样的研究人员的问题。艾布拉姆斯说,很明显,睡眠对于基本的生物过程至关重要,并且越来越多的研究表明它可以促进细胞增殖和生长。新生婴儿每天睡眠约 16 小时是有原因的。

人们曾经认为这种状态是大脑动物的专属,但在 2017 年,艾布拉姆斯和他的同事在《当代生物学》杂志上报告了他们的发现,即 卡西奥佩亚水母似乎会睡觉。这些水母大部分时间都以钟口朝下的姿势坐在海底,有规律地跳动,这是一个节拍器,让团队可以确定水母的活跃程度。在实验室中,研究人员跟踪了水母的脉搏随时间的变化,发现刺胞动物在夜间的脉搏比白天减少了 32%。如果被突然从下面移开水箱底部而惊醒,水母会表现出延迟反应,但如果提供食物,它们会慢慢“醒来”。当整晚都被恼人的水脉冲剥夺了它们的静止期时,第二天水母自身的脉搏变得更慢更长,而且这些生物表现出反应能力下降,就像它们睡眠不足一样。

同样,伊藤和他的团队在 2020 年的《科学进展》杂志上报告说,一种叫做寻常水螅的微小水螅也 有一个非常像睡眠的静止期。在研究中,水螅在这些时期几乎完全静止不动。光脉冲可以唤醒它们,但在静止大约 20 分钟后,这些动物对光脉冲的反应很慢,就像一个睡眼惺忪的人一样。当通过施加在水箱上的恼人振动剥夺了这种类似睡眠的时期时,水螅会在下次有机会时“睡”得更久,并且更快地入睡。

对于研究人员来说,水母和水螅的这些静止期符合所有睡眠的标准:活动减少,但在受到干扰时仍可逆转;对刺激的延迟反应;在剥夺这种安静期后行为减慢;以及在失去静止时间后更有休息的动力。

更重要的是,与其他动物和人类相比,类似的基因和分子似乎控制着刺胞动物的睡眠。艾布拉姆斯和他的团队发现,给水母褪黑激素,它们就会昏昏欲睡——就像人类一样。伊藤和他的团队发现,褪黑激素也使水螅昏昏欲睡,并且控制水螅睡眠的基因与人类的基因相似。然而,在人和动物身上引起清醒的多巴胺却使水螅昏昏欲睡。这表明,自从水螅和人类的谱系在进化树上彼此分离后的数亿年中,进化一直在摆弄这些化学途径,改变它们。

刺胞动物没有大脑,也没有任何形式的中枢神经系统,但它们确实有神经元通过弥漫的“网”连接在一起。艾布拉姆斯和伊藤说,一个大问题是没有神经元的动物是否会睡觉。艾布拉姆斯说,寻找睡眠的下一个合乎逻辑的地方是海绵,它们是没有神经系统的动物,在至少 5.4 亿年前进化而来,并且根据 2021 年《自然》杂志的一项研究,可能早在 8.9 亿年前就已存在。然而,在实验室里培养海绵很困难。而且,在一个不表现出运动的动物中定义“睡眠”很棘手:你如何判断海绵是否在休息?

离开动物界,植物确实会通过运动来对环境做出反应,随着太阳在天空中的移动而转向太阳。艾布拉姆斯说,可以通过干扰这些节奏来测试植物是否“睡眠”,尽管设置这个实验也很棘手。他补充说,如果说植物可以睡觉,那么它们的版本可能与动物界的睡眠截然不同。“这对人类来说可能不太有意义,但它确实涉及到睡眠的起源或进化,” 艾布拉姆斯说。“在拥有神经系统之前,最后一个没有神经系统的共同祖先拥有什么,才能让睡眠在拥有神经系统之后出现?”

最重要的是,确定第一个打盹的生物需要确定大约 5 亿年前进化出神经元的第一个生物——可能是一种小型海洋动物,它利用其神经系统来捕食猎物。在更具推测性的方面,睡眠可能至少与海绵一样古老,海绵是地球上最早的动物之一。但直到今天,没有人真正知道海绵是否会打盹。

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