墨西哥盲鱼身上有些东西会让你非常羡慕:为了生存和茁壮成长,它们每晚只需要两个小时的睡眠,不多不少。想象一下,你那额外的六个小时可以做什么。
在所有需要打盹的动物中,物种在睡眠模式和行为上存在显著差异。根据近期研究,人类处于光谱中间位置,成年人需要严格的八小时睡眠。光谱的一端是棕色蝙蝠,每天睡大约20小时;巨型犰狳和蟒蛇每天睡18小时。然后是一些穴居物种,包括墨西哥洞穴鱼,它们每24小时只需要大约2小时的睡眠,健康状况依然良好。
“我们认为可以利用洞穴鱼来研究为什么我们睡觉以及动物界睡眠差异如此之大的基本问题,”论文的主要作者、佛罗里达大西洋大学的神经科学家Alex Keene说。“如果我们能弄清楚这些鱼为什么能以很少的睡眠生存下来,我们或许能找到更好的方法来调控人类的睡眠。”
一个多世纪以来,墨西哥盲鱼Astyanax mexicanus一直让科学家们感到困惑。该物种有两个截然不同的种群:一种生活在河流中的地表种群,称为地表鱼;以及生活在没有阳光照射的洞穴中的多个种群,称为洞穴鱼。洞穴种群进化出了这种失眠的特性,而地表种群则没有。它们睡眠正常,每晚实实在在的鱼类睡眠时间有八小时。它们的外观也不同。洞穴种群的眼睛要么非常小,要么完全缺失,身体的色素或颜色也非常少——这两者(视觉和色素)都与调节睡眠模式有关。
然而,最让研究人员感到困惑的是洞穴种群的两个独特特征:第一,这些鱼在实验室里可以活大约30年,它们是如何做到每24小时内睡眠时间不超过2小时,并且第二,它们因此不受任何健康后果的影响。
在本周发表于eLife杂志上的一项研究中,研究人员聚焦于一种称为“组胺酸脱羧酶”(hypocretin,或HCRT)的神经肽。这种蛋白质存在于包括人类在内的许多动物的下丘脑中。它的位置很有道理。下丘脑是许多动物大脑中一小块区域,它执行着我们身体上很少能自主控制的功能,如体温、口渴、饥饿和睡眠。组胺酸脱羧酶已被广泛研究,尤其是在发作性睡病中,这是一种睡眠障碍,患者在任何放松的环境下都可能入睡。之前的研究发现,患有发作性睡病的狗的组胺酸脱羧酶受体存在突变,类似的研究也表明组胺酸脱羧酶与人类发作性睡病有关,并且它能调节果蝇和斑马鱼的睡眠。
在这项研究中,研究人员比较了墨西哥洞穴鱼与生活在地表同类鱼体内的组胺酸脱羧酶数量。他们发现,黑暗中的洞穴居民比能够接触到阳光的地表鱼体内含有显著更多的这种神经肽蛋白。盲眼洞穴鱼的细胞上也有更多组胺酸脱羧酶结合的受体。为了真正理解组胺酸脱羧酶的作用,研究人员给这两种鱼分别服用了特殊的药物,这些药物可以阻止组胺酸脱羧酶与其受体结合。
对于洞穴鱼来说,这些药物就像人类的“泰诺”一样,让它们沉沉睡去,进入梦乡。但对它们的地表近亲来说,这些药物几乎没有效果。这一切都告诉研究人员两件以前从未被理解的事情:神经和基因的差异存在,并且有助于睡眠的进化;这些差异可以通过药物进行调整,从而诱导或改变睡眠行为。
“我认为HCRT只是一个因素,很可能还有许多在任何动物中都未被识别出的新型睡眠基因,它们也促成了洞穴鱼的睡眠不足,”Keene说。
这对世界上所有爱睡觉的动物意味着什么?首先,它表明至少有一种方式(可能还有许多其他方式)可以让动物在不遭受任何不良健康后果的情况下剥夺自己的睡眠。在人类身上,有大量证据表明,睡眠以及适量的睡眠是维持健康的重要组成部分,也是抵御疾病的关键。睡眠剥夺研究表明,短期和长期的睡眠不足都会导致血压升高、血糖水平紊乱以及整体炎症增加。这三项变化都会直接影响一个人患上肥胖、癌症、糖尿病和心脏病等疾病的风险。
与洞穴鱼不同,我们没有进化出任何机制来让我们熬夜复习考试而不付出代价。但我们的小小的洞穴朋友可能会给我们带来希望。
“有各种各样的药物可以帮助诱导睡眠,或者让人保持清醒,”Keene说。“洞穴鱼有趣之处在于,尽管睡眠严重不足,它们似乎仍然健康。如果我们能理解原因,或许就能开发出没有通常伴随睡眠不足的负面后果的新型兴奋剂。”
然而,Keene表示仍有工作要做。他研究的洞穴鱼群只是29个独立洞穴鱼种群中的一个。他想知道这些其他种群是否也发展出了相似但遗传上不同的机制,使它们能够在几乎不睡觉的情况下生存。他还想了解组胺酸脱羧酶还涉及哪些方面;有证据表明它能促进鱼类和其他哺乳动物的食物摄入,Keene和他的团队先前发现,长期饥饿会增加盲眼洞穴鱼的睡眠,但对地表种群的睡眠没有影响。了解进食如何影响这些鱼类和其他动物的睡眠,可以更清晰、更全面地了解睡眠是如何被调节的——以及我们如何才能在不造成伤害的情况下调整这个周期。
在所有这些问题都得到解决之前,我们为健康所能做的最好的事情就是每晚争取获得充足的八小时睡眠,并且放心,目前还没有什么比这更健康了。