欢迎来到我关于睡眠的三部分系列文章的第二篇。在这篇文章中，我将探讨我在这篇博客上最常写的关于生物——植物、微生物和昆虫——是否拥有睡眠或昼夜节律行为。本周：微生物。
那么，微生物会睡觉吗？鉴于“微生物”这个笼统的术语可以指代各种差异极大的生物，我们在此以一种微生物为例进行探讨。具体来说，我们来谈谈细菌。
就像 我上周讨论的植物一样，细菌缺乏中枢神经系统，因此它们不像我们一样体验睡眠。但有些细菌会表现出与 24 小时昼夜周期同步的昼夜节律，就像植物和动物一样。
最著名的例子是 蓝细菌，有时也被称为蓝绿藻，它们是水生细菌，就像植物一样，通过光合作用制造自己的食物。这些生物遵循每日周期以利用最佳的进食时间和最佳的生理过程运行时间，这是有道理的。但科学家们曾一度认为，任何细菌都不可能表现出昼夜节律，因为它们的繁殖周期太短。细菌可能在 24 小时内出生和死亡，这使得它们不太可能与 24 小时周期同步。而且，当时没有人认为细菌细胞复杂到需要一个内部时钟。
他们错了。研究人员在 80 年代中期首次证明蓝细菌具有这种周期。最近，位于 加州大学圣地亚哥分校生物钟学中心 (CCB) 的研究人员一直在更仔细地研究这一过程，梳理特定基因的表达以及昼夜节律如何控制细胞分裂和新陈代谢。
下面的动图展示了蓝细菌昼夜节律的运作过程（点击此处 查看完整视频）。在此，CCB 分子生物学家 Susan Golden 和她的同事对细菌进行了基因工程改造，使其在一天中的特定时间发光。他们通过借鉴萤火虫的光，引入了昆虫的基因，这些基因表达一种叫做荧光素酶的酶。控制荧光素酶的基因在昼夜节律的不同阶段被激活，为原本不可见的这个过程提供了明亮的指示。
光帮助科学家们监测蓝细菌的时钟，以确定哪些基因在何时开启和关闭。他们同时使用了正常的蓝细菌和昼夜节律时钟有缺陷的突变体，以帮助确定哪些基因直接负责时钟。
我们为什么关心蓝细菌的昼夜节律？一方面，它们提供了一个简单的模型，可以帮助解释昼夜节律的遗传学。对于可能以某种方式利用这些细菌的各种行业，也可能存在实际的应用。
“蓝细菌产生的氧气占我们呼吸的氧气量的 30%——没有它们，我们和地球上大多数其他生物都会死亡，”Golden 通过电子邮件解释说，“此外，利用蓝细菌生产生物燃料和其他工业及医药化合物的兴趣日益浓厚。因此，我们应该了解它们。它们的代谢受昼夜节律的深刻影响。”
但是，那些不通过光合作用获取能量的细菌呢？目前尚不清楚它们是否具有昼夜节律，尽管最近的 研究 表明，所有主要生命群体都存在这种时钟，而且 一些科学家认为 这种节律尤其存在于非光合细菌中。如果被证明是正确的，人们可能会想象出于多种原因对它们进行干预——例如，控制病原细菌。或许吧。
亲爱的读者们，请告诉我，我是否遗漏了微生物中有趣的“类睡眠”行为的例子？请在评论区添加。
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视频由德克萨斯农工大学生物学系 Shannon Mackey、Mark Zoran 和 Susan Golden 制作
由加州大学圣地亚哥分校生物钟学中心的 Susan Golden 提供
延伸阅读
Susan Golden 等人，“蓝细菌的昼夜节律，” Annual Reviews of Plant Physiology and Plant Molecular Biology 48 327-354 (1997).
Qiong Yang 等人，“单细胞蓝细菌中揭示的细胞周期昼夜节律门控，” Science 327:5972 1522-1526 (2010)。
Guogang Dong 等人，“ATP 酶活性升高对细长聚球藻细胞分裂施加昼夜节律检查点，” Cell 140:4 529-539。
Michael Rust 等人，“光驱动的能量代谢变化直接校准蓝细菌的昼夜节律振荡器，” Science 331:6014 220-223 (2011)。
