江蘇
睡眠的未解之謎
對動物而言，睡眠是一個伴隨明顯生存風(fēng)險的行為：在睡眠過程中，動物對環(huán)境的感知能力下降，更容易暴露于捕食者的威脅之下，同時也會中斷進食和繁殖等關(guān)鍵生命活動。
科學(xué)家普遍認為，睡眠必定承擔(dān)著某種根本性的生物學(xué)功能，因為從刺胞動物到人類，在迄今研究過的所有擁有神經(jīng)系統(tǒng)的動物中，進化都保留了睡眠這一行為。
在一項新發(fā)表于《自然·通訊》的研究中，一個研究團隊將目光投向了可追溯到數(shù)億年前的水母和?？?/strong>——他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，這兩種沒有腦的動物，竟然擁有與人類驚人相似的睡眠方式！
通過研究這些古老動物的睡眠，研究人員證明：保護神經(jīng)元免受DNA損傷和細胞應(yīng)激，是睡眠一種基本而古老的功能，其出現(xiàn)時間遠早于復(fù)雜的腦的進化。這意味著，睡眠這一不可或缺的功能，在動物進化的早期階段便已經(jīng)出現(xiàn)，其重要性之高，足以抵消其所帶來的固有風(fēng)險。
無腦，但與人類相似的睡眠
刺胞動物包括水母、?？蜕汉?，它們都屬于最早進化出神經(jīng)元的動物。此前，研究人員已經(jīng)在倒立水母（
Cassiopea andromeda），以及水母的小型淡水近親——水螅
Hydra vulgaris）中記錄到了類睡眠行為。
為了進一步了解這些結(jié)構(gòu)簡單的動物為何需要睡眠，這一次，研究人員研究了倒立水母和星狀?？?/strong>（
Nematostella vectensis）。
在實驗室中，研究團隊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小時光照、12小時黑暗的交替環(huán)境。
他們利用紅外攝像機來記錄倒立水母的傘狀“鐘體”的脈動頻率——這種脈動是水母清醒狀態(tài)的標(biāo)志。結(jié)果顯示，倒立水母在夜間的活動明顯減少，其鐘體的脈動頻率比白天每分鐘大約少5次。
實時視頻顯示，在明暗周期實驗中，9只倒立水母被分別置于獨立的實驗區(qū)域內(nèi)，并表現(xiàn)出規(guī)律性的脈動行為。視頻來源：Nature Communications (2026).
為了確認這種活動下降是否與睡眠有關(guān)，研究人員利用光照來刺激倒立水母，并測量它們作出反應(yīng)所需的時間。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)時間是白天清醒時的兩倍多。
星狀?？麆t呈現(xiàn)出與倒立水母相反的節(jié)律：它們在夜間更加活躍，而在白天運動速度和反應(yīng)時間都會放慢。它們的睡眠從黎明開始，并持續(xù)至當(dāng)天的前半段。
盡管這兩種動物的生活方式不同，但它們每天都有大約三分之一的時間處于睡眠狀態(tài)，這一點與人類睡眠時長十分相似。
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?？匀痪S持其原有的睡眠周期。這意味著，星狀海葵的睡眠周期由其晝夜節(jié)律生物鐘（控制睡眠與覺醒周期的內(nèi)部計時系統(tǒng)）驅(qū)動的。相比之下，倒立水母的睡眠模式對光照變化更為敏感——在黑暗中變得困倦，在光照下則更加活躍。
修復(fù)DNA損傷
在實驗中，當(dāng)研究人員強迫倒立水母和星狀海葵保持清醒時，發(fā)現(xiàn)這些動物隨后也會像人類一樣，需要更長時間的睡眠：他們在夜間持續(xù)6個小時攪動水族箱中的水、以擾亂倒立水母的睡眠時，這些被剝奪睡眠的倒立水母在第二天的睡眠時間比休息充分的同類長出了50%。這種被稱為“睡眠反跳”的行為，有助于機體恢復(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)元活動本身、氧化應(yīng)激、代謝過程以及輻射。在此前的研究中，研究團隊已經(jīng)在斑馬魚中發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元在清醒狀態(tài)下會不斷積累DNA損傷，并需要通過睡眠來修復(fù)。研究人員想知道，倒立水母和星狀?？欠褚沧裱嗤囊?guī)律。
為了驗證這一假設(shè)，他們將倒立水母暴露于會損傷DNA的紫外線之下。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，暴露之后，這些水母的睡眠時間明顯延長。研究人員對部分星狀?？褂昧艘环N會導(dǎo)致DNA損傷的化學(xué)物質(zhì)。在使用后的當(dāng)晚，這些海葵的睡眠時間比未處理的個體長約30%。
這表明，無論是通過紫外線輻射還是暴露于會損傷DNA的化學(xué)物質(zhì)來增加DNA損傷，都會在這兩種物種中觸發(fā)“睡眠反跳”反應(yīng)。
另外，研究團隊還在部分實驗水箱中加入了褪黑素——這是一種由人腦在夜間分泌，用于促進睡眠的激素。他們觀察到，褪黑素對刺胞動物也產(chǎn)生了類似的“誘睡”效果，使星狀?？偷沽⑺冈谠緫?yīng)當(dāng)活躍的時段進入睡眠狀態(tài)，減少了DNA損傷。
這些結(jié)果揭示了一種雙向關(guān)系：DNA損傷會增加對睡眠的需求，而睡眠能促進損傷的修復(fù)與降低。這表明，保護神經(jīng)元免受日常細胞應(yīng)激和DNA損傷，可能正是推動睡眠在進化中出現(xiàn)的根本動力。
從水母到人類
研究人員認為，這項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單神經(jīng)系統(tǒng)的動物之中。
這些研究結(jié)果對人類健康同樣具有重要意義。在人類中，睡眠障礙與認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損傷的長期積累。
研究所提供的進化證據(jù)，進一步強化了睡眠質(zhì)量與腦的長期恢復(fù)力之間的聯(lián)系?？偟膩碚f，它表明睡眠不僅對學(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)元完整性的進化動力，或許正是睡眠在今天仍然對人類不可或缺的原因之一。
#參考來源：
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
#圖片來源：
封面圖&首圖：Amir Harduf and Rapha?l Aguillon
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