这些水母没有大脑,但仍然似乎会睡觉

它们奇特的行为或许能揭示睡眠的演化。
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倒立水母在夜间活动水平较低。加州理工学院

问问大学生、婴儿或者任何23岁以上的人他们是否喜欢睡觉,他们很可能会告诉你:睡眠是好的。但事实证明,睡眠是如此好,以至于你可能不需要大脑也能完成它。

以倒立水母为例:这种水母的科学名称是Cassiopea,它们没有大脑。它们不怎么游泳,通常在浅而温暖的水体底部被发现,身体朝下,轻轻地搏动。但根据今天发表在《当代生物学》杂志上的研究,并非所有休息都是平等的。在夜间,这些简单的动物看起来非常像在睡觉。

加州理工学院的首席研究员之一Ravi Nath表示,发现倒立水母有类似睡眠的行为很重要,因为它反驳了睡眠需要大脑的观点。“一直以来,人们都认为动物需要一个集中的神经系统才能睡觉,而且这是由这些复杂的高级系统控制的功能。”Nath以及其他首席研究员Claire Bedbrook和Michael Abrams都是加州理工学院的研究生。

研究小组认为,在这种水母身上发现类似睡眠的行为可能表明,睡眠是在中枢神经系统出现之前就早已演化出来的。“我们并不知道水母具有高级认知行为,这表明这种睡眠状态可能非常简单,并且早于这种高级认知,”Bedbrook说。她表示,这可能意味着睡眠最初的演化目的是非常简单的,比如为神经元节约能量,而不是用于学习或记忆等复杂的事情。

睡眠行为有三个组成部分:不活动期、不活动状态下的刺激反应降低,以及对健康而言睡眠的重要性。经过多次水母蜇伤后,研究人员得出结论,倒立水母满足了所有三个标准。首先,水母会经历活动减少的周期,研究小组通过测量水母白天和夜间的搏动速率来追踪这一点。

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倒立水母喜欢在坚硬的表面上休息,研究小组利用这一点来检查它们对刺激的反应。研究人员将水母放入一个带有假底部的水箱中,当移除假底部时,它们会迅速游到底部。然而,在夜间,水母重新定位并到达水箱底部所需的时间更长。“这是一个明显的区别,”Abrams说。“但它是完全可逆的。一旦它们醒来,如果你立即重复实验,它们的反应就像清醒一样。”

最后,研究小组观察了当它们被阻止进入不活动期时水母的反应。“我们每两分钟向它们喷射十秒钟的水流,以阻止它们入睡,”Bedbrook说。“一旦你停止阻止它们睡觉,它们应该会出现反弹反应,进入更深或更长的睡眠状态。这相当于我们熬夜的时候。你第二天总是很累,白天会睡觉,或者晚上睡得更长。”果然,在整夜不让它们入睡后,水母第二天表现出较低的活动水平。

西部华盛顿大学的水母研究员Jenny Purcell没有参与这项新研究,她表示,水母会睡觉的想法并不让她感到意外。然而,她认为在自然环境中,而不是在实验室环境中,这种行为可能会消失。“但这项研究关注的是睡眠,而不是水母的自然行为,所以它可能并不重要,因为它不反映自然,”她说。

但Purcell认为,将这些行为称为睡眠可能有点夸大其词,哥本哈根大学的水母研究员Anders Garm也指出了研究人员对睡眠定义的潜在问题:“他们是从一些运动行为来定义的,这没关系,只要你对你的定义非常开放。很多人不会同意这足以谈论真正的睡眠。”

Bedbrook表示,研究小组知道会有人不同意他们的定义,一些研究人员会加入快速眼动和特定的脑电活动模式等来称之为睡眠。“作为一名行为神经科学家,你要依靠你感兴趣的行为的一系列特征。你无法走进去问这些动物,”她说。“但我们确实相信这一系列标准。”

为了获得更确凿的证据,研究小组希望进行基因分析,以确定其他动物中与睡眠相关的基因是否存在于倒立水母中。“我认为这很重要,因为它涉及到睡眠演化方式和功能目的等更广泛的问题,”Abrams说。研究小组已有一些迹象表明,水母与其他动物在睡眠行为方面存在生物学基础——调节睡眠和清醒的激素褪黑素,降低了它们的活动水平。

与Cassiopea水母在实验室共度时光,让Nath、Abrams和Brooks对水母蜇伤产生了耐受力,并对该物种挑剔的需求——以及它们宁静的美丽——有了欣赏。Nath说,研究睡眠行为也让研究小组有机会与各种各样的人谈论他们的工作。“我们与从父母到小孩的各种人交流过,你会问,‘你认为所有动物都会睡觉吗?你认为水母会睡觉吗?’我们很高兴每个人都有自己的看法。”

 

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