▲ 海洋里发光的水母。（视觉中国/图）

　　全文共2276字，阅读大约需要5分钟

　　即便是没有大脑、神经结构极为简单的生物，也需要睡眠，且睡眠方式与人类有着惊人的相似。

　　本文首发于南方周末 未经授权 不得转载

　　文｜南方周末特约撰稿 袁端端

　　责任编辑｜朱力远

　　睡眠被认为是动物界普遍存在的一种行为。关于人和动物为什么要睡觉，多年来，科学家提出了很多想法。有些人认为这是一种节约能量的方法；也有人提出，睡眠为大脑提供了清除代谢废物、修复细胞损伤的窗口。

　　但对动物而言，睡眠是一种风险状态，它会让动物更容易遭遇捕食者和环境危险，同时也会占用原本可用于觅食、交配或照护后代的时间。研究者因此普遍认为，睡眠必然具有某种不可替代的基础功能，否则它不可能在进化过程中被如此广泛地保留下来。

　　睡眠究竟起源于何时、最初承担什么功能，一直是神经科学与演化生物学的核心问题。尤其是在神经系统演化早期的动物中，科学家更想弄清楚的是：这些没有大脑、神经结构极为简单的生物，是否存在真正可辨识、可量化的睡眠状态？如果存在，它究竟能带来怎样的关键生理收益？

　　近日，以色列巴伊兰大学（Bar-Ilan University）的研究者在国际权威学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上发表了一项有关刺胞动物（一类早期海洋动物）睡眠的新研究。研究发现，这些动物的睡眠方式与人类惊人地相似。更早之前的一些研究已经发现，水母会进入到一种类睡眠的状态，这项研究是首次在海葵中系统刻画这一现象，也是首次对这两种生物的睡眠模式进行详细描述。

　　“每当有研究者把一种新物种加入‘会睡觉的物种清单’，对这个研究领域而言都是非常重要的一步。”威斯康星大学麦迪逊分校的生物学家基娅拉·奇雷利（Chiara Cirelli）评价道，她是一位在睡眠和大脑研究领域享有盛誉的科学家。

　　1 睡眠与DNA修复

　　为了观察早期神经系统动物是否存在真正意义上的睡眠，以色列巴伊兰大学分子神经科学家利奥尔·阿佩尔鲍姆（Lior Appelbaum）和他的同事们在实验室及佛罗里达州基拉戈的自然栖息地，系统记录了仙后水母（又称倒立水母）和海葵的休息—活动节律。

　　结果显示，与人类一样，这两类动物每天大约睡8小时，且呈现出清晰而稳定的睡眠—清醒转换节奏。当研究者通过持续刺激、打断休息状态等方式让它们“睡眠不足”时，这些动物会在随后出现明显的补偿性睡眠增加。

　　因此研究人员判定这两种生物的睡眠状态都符合科学界对睡眠的三个经典判定标准——静止不动、对刺激反应降低以及存在“睡眠反弹”（sleep rebound）。也就是说，如果它们被人为剥夺睡眠，之后会通过睡得更久“补回来”。

　　更有意思的是，水母与海葵虽然都“会睡觉”，却呈现出截然不同的昼夜型特征。仙后水母主要在夜间进入睡眠样状态，夜里能保持长时间持续睡眠，并在中午前后短暂小睡；而海葵则主要在白天处于睡眠样状态，夜间更活跃。

　　通过上述观察，研究团队不仅更精确地界定了这类早期神经系统动物的“睡眠样状态”，也进一步检验了睡眠在细胞层面可能带来的生理效应。

　　值得注意的是，水母和海葵虽然没有大脑等中枢结构，但并非没有神经系统。它们体内存在由神经元构成的分散式“神经网”，能够感知外界刺激并协调运动与节律活动。研究发现，在这两种动物中，清醒状态与睡眠剥夺均与神经元DNA损伤增加相关；相反，自然睡眠或被诱导的睡眠会伴随DNA损伤减少。换句话说，睡眠可能为神经元提供了一个对抗细胞压力、维持基因组稳定性的“修复窗口”。

　　这种“清醒—损伤”的关联并不难理解。神经元在清醒时需要持续放电、处理信息并维持突触活动，能量代谢长期处于高位，随之产生更多活性氧等代谢副产物，从而增加氧化应激风险；与此同时，神经元活动增强也会伴随更频繁的基因转录等分子过程，使DNA更容易出现微小损伤。如果清醒时间过长，损伤产生速度可能超过修复能力，便会出现累积。在这一背景下，睡眠很可能提供了一个“减负—修复”的窗口，使神经元得以对这些分子层面的损伤进行清理与修复。

　　基于此，作者提出，睡眠在刺胞动物乃至更早期动物的演化中，可能首先是一种更原始却同样关键的保护机制：当清醒带来持续的细胞应激与DNA损伤累积时，睡眠为神经元提供了修复与恢复的机会，从而提升其长期生存与功能稳定性。

　　“神经元非常珍贵，因为它不像许多其他细胞那样可以不断分裂更新，”该研究共同作者、以色列巴伊兰大学分子神经科学家利奥尔·阿佩尔鲍姆说，“神经元需要一种方式在不更替细胞的情况下长期维持其稳定性。”

　　2 刺胞动物的启示

　　过去二十多年里，睡眠研究的重要理论之一是威斯康星大学麦迪逊分校的生物学家托诺尼与奇雷利提出的“突触自稳态假说”，他们认为睡眠通过整体下调突触连接、降低白天积累的神经活动负担，从而恢复电路效率。而最新的刺胞动物研究则把这一思路进一步前推到进化早期：即使在缺乏复杂大脑结构的水母与海葵中，睡眠也可能承担着更基础的细胞保护作用——帮助神经元降低清醒带来的DNA损伤。

　　这些结果也为睡眠研究提供了一种更具解释力的视角：在刺胞动物这样的早期神经系统动物中，睡眠与神经元DNA损伤之间呈现出清晰关联，提示睡眠可能从一开始就承担着缓冲清醒压力、促进细胞修复、维持基因组稳定性的功能。

　　过去，科学界对低等动物的“睡眠”争论不断：它究竟只是静止不动的休息，还是具有稳态调节和生理功能的真正睡眠？这项研究显示，即使缺乏大脑结构，这些动物的睡眠依然呈现稳定的昼夜规律，并受到内部睡眠需求的调控；更关键的是，睡眠与细胞损伤之间的关联意味着，它可能是一种古老而保守的神经保护策略，而非脊椎动物和高级大脑的专属特征。

　　这项工作也提示，刺胞动物或许能够成为研究睡眠机制的一类新模型。相比果蝇、斑马鱼、小鼠等经典模型，刺胞动物的神经系统结构更为原始。研究者或可借助这一体系进一步追问：睡眠究竟是通过降低DNA损伤产生、增强修复效率，还是通过其他路径来减轻清醒带来的细胞应激？这些问题的答案，也可能为理解人类睡眠与衰老、神经系统健康之间的关系提供新的线索。

作者：南方周末