科学:水母捕捉打鼾并提供睡眠起源的线索

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2017年9月26日【探灵网】据外媒nature报道,

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新的研究表明,仙后座水母避开夜生活,在太阳下山时躺在床上睡觉。

睡眠的目的和进化起源是神经科学中最大的谜团之一。每一种复杂的动物,从最卑鄙的果蝇到最大的蓝鲸,都在睡觉——但科学家们无法解释为什么任何有机体验都会使自己容易受到捕食者的攻击,并且在一天的大部分时间里无法进食或交配。现在,研究人员首次证明,即使是没有大脑的生物——一种水母——也会表现出类似睡眠的行为,这表明睡眠的起源比想象的更原始。

研究人员观察到,仙后座水母的脉冲时钟速度在夜间下降了三分之一,在此期间,动物对外界刺激(如食物或运动)的反应要慢得多。当被剥夺夜间休息时,第二天的果冻活动会减少。

“我们谈论的每个人都对水母是否睡觉有看法。这篇论文的第一作者、帕萨迪纳市加州理工学院(Caltech)的分子遗传学家拉维纳特(Ravi Nath)表示,这确实迫使他们处理睡眠问题。这项研究发表在9月21日的《当代生物学1》上。

南加州大学洛杉矶分校的神经科学家迪翁迪克曼说:“这项工作为睡眠状态的早期进化提供了令人信服的证据。”

无情的睡眠

纳特正在研究蠕虫秀丽隐杆线虫的睡眠,但每当他在研究会议上介绍自己的工作时,其他科学家都会嘲笑这种简单的动物会睡觉的想法。这个问题让纳特思考:在生物缺乏睡眠能力之前,动物的神经系统最小化到什么程度?纳特的痴迷很快感染了他的朋友和加州理工学院的博士生迈克尔艾布拉姆斯和克莱尔贝德布鲁克。在研究艾布拉姆斯水母时,他提出这些生物中的一种可能是合适的模式生物,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。

仙后座水母尤其吸引了三人组的注意。它是一种绰号倒置的水母,因为它的习性是坐在海底的铃铛上,向上挥动触角,西葫芦很少自己动。这使得研究人员更容易设计一个自动系统,使用视频来跟踪脉冲时钟的活动。为了提供仙后座(或任何其他生物)类睡眠状态的证据,研究人员需要显示一个快速可逆的活动或休息期,反应的敏感性降低。这种行为也一定是睡眠的需要所驱使,从而增加了水母的清醒时间,从而减少了睡眠的天数,增加了休息时间。

其他研究人员记录了其他水母物种夜间活动的减少,但他们对水母睡眠行为的其他方面一无所知。在一个35升的水箱中,纳特、艾布拉姆斯和贝德布鲁克追踪仙后座的铃铛六天六夜,发现平均每天每秒的脉搏频率在夜间下降了近三分之一。他们还记录了晚上10-15秒的无脉搏时间,这在白天是不会发生的。

不安的一夜

没有水母闹钟,科学家们试图用咸虾和牡蛎鱼等小吃唤醒正在打盹的仙后座。当他们晚上把食物放进油箱时,西葫芦又回到了白天的活动模式。研究小组首先使用水母坐在固体表面上,测试静止的仙后座对外部刺激是否有延迟反应。他们用屏幕慢慢把水母从缸底拿出来,然后从动物下面拉出来,让水母漂浮在水中。当夜间事件在白天发生时,生物需要更长的时间来启动脉冲和重新定向。如果晚上立即重复实验,水母的反应会和白天一样。最后,当研究小组通过反复冲洗迫使仙后座保持清醒时,他们发现第二天的活动量下降了17%。

“这项工作表明,睡眠比我们想象的要古老得多。德国基尔大学进化生物学家托马斯博施(Thomas Bosch)表示,这些生物的简单性是理解睡眠进化原理的一个原则。他说,“睡眠可以追溯到这些小型后生动物——还能进一步发展吗?"

这就是纳特、艾布拉姆斯和贝德布鲁克想要找到的答案。在完成博士论文的困惑中,他们已经开始寻找可能控制睡眠的古老基因,希望这可能提供睡眠最初为何进化的线索。

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