睡眠的未解之謎

對(duì)動(dòng)物而言，睡眠是一個(gè)伴隨明顯生存風(fēng)險(xiǎn)的行為：在睡眠過(guò)程中，動(dòng)物對(duì)環(huán)境的感知能力下降，更容易暴露于捕食者的威脅之下，同時(shí)也會(huì)中斷進(jìn)食和繁殖等關(guān)鍵生命活動(dòng)。

科學(xué)家普遍認(rèn)為，睡眠必定承擔(dān)著某種根本性的生物學(xué)功能，因?yàn)閺拇贪麆?dòng)物到人類，在迄今研究過(guò)的所有擁有神經(jīng)系統(tǒng)的動(dòng)物中，進(jìn)化都保留了睡眠這一行為。

在一項(xiàng)新發(fā)表于《自然·通訊》的研究中，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)將目光投向了可追溯到數(shù)億年前的水母和海葵——他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，這兩種沒(méi)有腦的動(dòng)物，竟然擁有與人類驚人相似的睡眠方式！

通過(guò)研究這些古老動(dòng)物的睡眠，研究人員證明：保護(hù)神經(jīng)元免受DNA損傷和細(xì)胞應(yīng)激，是睡眠一種基本而古老的功能，其出現(xiàn)時(shí)間遠(yuǎn)早于復(fù)雜的腦的進(jìn)化。這意味著，睡眠這一不可或缺的功能，在動(dòng)物進(jìn)化的早期階段便已經(jīng)出現(xiàn)，其重要性之高，足以抵消其所帶來(lái)的固有風(fēng)險(xiǎn)。

無(wú)腦，但與人類相似的睡眠

刺胞動(dòng)物包括水母、?？蜕汉?，它們都屬于最早進(jìn)化出神經(jīng)元的動(dòng)物。此前，研究人員已經(jīng)在倒立水母（

Cassiopea andromeda

Hydra vulgaris

為了進(jìn)一步了解這些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的動(dòng)物為何需要睡眠，這一次，研究人員研究了倒立水母和星狀海葵（

Nematostella vectensis

在實(shí)驗(yàn)室中，研究團(tuán)隊(duì)將多只倒立水母飼養(yǎng)在水族箱內(nèi)，并在連續(xù)多天里給予它們12小時(shí)光照、12小時(shí)黑暗的交替環(huán)境。

他們利用紅外攝像機(jī)來(lái)記錄倒立水母的傘狀“鐘體”的脈動(dòng)頻率——這種脈動(dòng)是水母清醒狀態(tài)的標(biāo)志。結(jié)果顯示，倒立水母在夜間的活動(dòng)明顯減少，其鐘體的脈動(dòng)頻率比白天每分鐘大約少5次。

實(shí)時(shí)視頻顯示，在明暗周期實(shí)驗(yàn)中，9只倒立水母被分別置于獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，并表現(xiàn)出規(guī)律性的脈動(dòng)行為。視頻來(lái)源：Nature Communications (2026).

為了確認(rèn)這種活動(dòng)下降是否與睡眠有關(guān)，研究人員利用光照來(lái)刺激倒立水母，并測(cè)量它們作出反應(yīng)所需的時(shí)間。研究發(fā)現(xiàn)：就像昏昏欲睡的人類一樣，水母在夜間大約需要20秒才能作出反應(yīng)——這一反應(yīng)時(shí)間是白天清醒時(shí)的兩倍多。

星狀?？麆t呈現(xiàn)出與倒立水母相反的節(jié)律：它們?cè)谝归g更加活躍，而在白天運(yùn)動(dòng)速度和反應(yīng)時(shí)間都會(huì)放慢。它們的睡眠從黎明開(kāi)始，并持續(xù)至當(dāng)天的前半段。

盡管這兩種動(dòng)物的生活方式不同，但它們每天都有大約三分之一的時(shí)間處于睡眠狀態(tài)，這一點(diǎn)與人類睡眠時(shí)長(zhǎng)十分相似。

而且同樣與人類相似的是，研究人員觀察到，即使環(huán)境不斷變化，星狀海葵仍然維持其原有的睡眠周期。這意味著，星狀?？乃咧芷谟善鋾円构?jié)律生物鐘（控制睡眠與覺(jué)醒周期的內(nèi)部計(jì)時(shí)系統(tǒng)）驅(qū)動(dòng)的。相比之下，倒立水母的睡眠模式對(duì)光照變化更為敏感——在黑暗中變得困倦，在光照下則更加活躍。

修復(fù)DNA損傷

在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)研究人員強(qiáng)迫倒立水母和星狀?？３智逍褧r(shí)，發(fā)現(xiàn)這些動(dòng)物隨后也會(huì)像人類一樣，需要更長(zhǎng)時(shí)間的睡眠：他們?cè)谝归g持續(xù)6個(gè)小時(shí)攪動(dòng)水族箱中的水、以擾亂倒立水母的睡眠時(shí)，這些被剝奪睡眠的倒立水母在第二天的睡眠時(shí)間比休息充分的同類長(zhǎng)出了50%。這種被稱為“睡眠反跳”的行為，有助于機(jī)體恢復(fù)并降低DNA損傷水平。

DNA損傷可由多種因素引起，包括神經(jīng)元活動(dòng)本身、氧化應(yīng)激、代謝過(guò)程以及輻射。在此前的研究中，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在斑馬魚(yú)中發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元在清醒狀態(tài)下會(huì)不斷積累DNA損傷，并需要通過(guò)睡眠來(lái)修復(fù)。研究人員想知道，倒立水母和星狀?？欠褚沧裱嗤囊?guī)律。

為了驗(yàn)證這一假設(shè)，他們將倒立水母暴露于會(huì)損傷DNA的紫外線之下。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，暴露之后，這些水母的睡眠時(shí)間明顯延長(zhǎng)。研究人員對(duì)部分星狀?？褂昧艘环N會(huì)導(dǎo)致DNA損傷的化學(xué)物質(zhì)。在使用后的當(dāng)晚，這些?？乃邥r(shí)間比未處理的個(gè)體長(zhǎng)約30%。

這表明，無(wú)論是通過(guò)紫外線輻射還是暴露于會(huì)損傷DNA的化學(xué)物質(zhì)來(lái)增加DNA損傷，都會(huì)在這兩種物種中觸發(fā)“睡眠反跳”反應(yīng)。

另外，研究團(tuán)隊(duì)還在部分實(shí)驗(yàn)水箱中加入了褪黑素——這是一種由人腦在夜間分泌，用于促進(jìn)睡眠的激素。他們觀察到，褪黑素對(duì)刺胞動(dòng)物也產(chǎn)生了類似的“誘睡”效果，使星狀海葵和倒立水母在原本應(yīng)當(dāng)活躍的時(shí)段進(jìn)入睡眠狀態(tài)，減少了DNA損傷。

這些結(jié)果揭示了一種雙向關(guān)系：DNA損傷會(huì)增加對(duì)睡眠的需求，而睡眠能促進(jìn)損傷的修復(fù)與降低。這表明，保護(hù)神經(jīng)元免受日常細(xì)胞應(yīng)激和DNA損傷，可能正是推動(dòng)睡眠在進(jìn)化中出現(xiàn)的根本動(dòng)力。

從水母到人類

研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)研究證明了睡眠降低神經(jīng)元DNA損傷的能力是一種祖先性特征，且早已存在于擁有最簡(jiǎn)單神經(jīng)系統(tǒng)的動(dòng)物之中。

這些研究結(jié)果對(duì)人類健康同樣具有重要意義。在人類中，睡眠障礙與認(rèn)知能力下降以及阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)退行性疾病風(fēng)險(xiǎn)升高密切相關(guān)，而這些疾病可能涉及神經(jīng)元DNA損傷的長(zhǎng)期積累。

研究所提供的進(jìn)化證據(jù)，進(jìn)一步強(qiáng)化了睡眠質(zhì)量與腦的長(zhǎng)期恢復(fù)力之間的聯(lián)系?？偟膩?lái)說(shuō)，它表明睡眠不僅對(duì)學(xué)習(xí)和記憶至關(guān)重要，同樣也是維持神經(jīng)元健康的關(guān)鍵因素。

這些在水母和?？杏^察到的、維持神經(jīng)元完整性的進(jìn)化動(dòng)力，或許正是睡眠在今天仍然對(duì)人類不可或缺的原因之一。

#參考來(lái)源：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-67400-5

https://phys.org/news/2026-01-evolutionary-code-neuron-jellyfish-sea.html

https://www.science.org/content/article/jellyfish-sleep-lot-us-and-same-reasons

https://www.nature.com/articles/d41586-026-00044-7

#圖片來(lái)源：

封面圖&首圖：Amir Harduf and Rapha?l Aguillon