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水母表示:我没有脑,可是我也爱睡觉

2017-11-3 未解之谜网

所谓一觉解千愁,在演化史上,谁是最先开始会睡觉的生物?最近一篇研究显示,可能是水母!

好好睡觉,跟乖乖吃饭与规律运动一样,可谓现代人生活里的黄金三准则。没睡好觉不仅让人心情不好,对健康的危害更是罄竹难书。我们说好好睡觉跟大脑处理学习来的资讯有关,能帮助大脑将资讯妥善储存为长期记忆;我们还一直老生常谈,说好好睡觉才能帮助大脑将一天累积的代谢废物清除掉;我们甚至还惊悚的说,不睡觉,大脑会把自己的神经元细胞吃掉。但当睡觉这件事被赋予了这么多高层次的意义,一个简单至极的问题就能让科学家争论不休:在演化史上,是那种生物开始先出现睡觉这个行为的?是虫、鱼、鸟还是兽?

但问题或许没有这么复杂;最近,美国加州理工学院的 Leo Goentoro 博士实验室,做了一系列简单又可爱的实验,把“是谁先会睡觉的!”这个大哉问回归基本面 。

睡觉需要大脑吗?如果睡觉对大脑这么重要,是不是有中枢神经系统的生物,才会需要睡觉呢?水母有神经细胞,但没有集中的中枢神经组织,水母的神经细胞离散地分部在周边。那,水母会需要睡觉吗?Goentoro 博士实验室的三个博士班学生,自己打造了一个水族箱,以便能够利用摄影来观察与纪录水母的行为型态。他们选用倒立水母科里的几种不同品系水母来做实验。倒立水母科的这类水母一如其名,与其游泳,它们更喜欢把自己倒挂似得静止悬浮在热带海域里,也常跟能够行光合作用的共生藻形成共生关系。倒立水母还有一个特征,它们“吐纳”水流极有规律,大概一秒钟一次。倒立水母借着推动水流流动,可以让食物源源而来,得以滤食,或是排出代谢物等,是维持生命机能重要的行为模式。

睡觉的定义可以复杂化到由脑波变化来判断,但也可以简单至极,从观察行为模式的改变来得知。想想看,当我们熟睡或是打盹的时候,是不是对外界刺激比较没有反应?不论是旁人的轻拍戳弄,或是声光刺激,如果熟睡了,都恍若未闻。Goentoro 博士实验室的学生们于是想,同样的标准是不是也可以拿来套用在水母身上,看看水母是不是会有周期性的,类似于动物熟睡时的迟钝反应呢?而倒立水母这种极有规律的吐纳水流行为,刚好是研究人员可以好好观察它们行为的指标。

他们的研究成果发表在十月份的 Current Biology 期刊上。研究人员观察二十三只倒立水母,每隔一个小时,都记录前二十分钟内,倒立水母吐纳水流的次数。他们利用十二个小时光照,十二个小时把灯关掉来模拟昼夜。在有光照的时候,倒立水母平均每二十分钟可以推动水流 1155 次上下,相当于每分钟约 60 次;而在模拟夜晚的乌黑状态下,频率则锐减三成多,变成每二十分钟推动水流 781 次左右,约每分钟 39 次。但倒立水母周期性的行为变缓慢,若要直接作为水母会睡觉的佐证,也未免言之过早。

所以Goentoro 博士实验室的学生们把倒立水母从它们偏好栖息的水族箱底,用个吊篮似的装置拎到水面,然后观察倒立水母花多久时间,能够游回它们习惯的“爱窝”。在有光照的大白天,倒立水母反应机灵;但一到了晚上,就像我们被吵醒时行动会跌跌撞撞一样,倒立水母也会花比较久的时间,才会从水面返回它们所偏爱的箱底。更有趣的是,如果在晚上倒立水母“不爱动”的时间,蓄意打断它们的“休息”,等到隔天大白天的时候,它们也会出现类似睡眠被剥夺的症状,行为变得迟钝又缓慢。这显示倒立水母跟我们一样,对于“睡眠”的需求,是绝对不可少的。

如此说来,倒立水母晚上“不爱动”时的行为特征,还真得跟动物睡觉时的行为极为相似呢。但Goentoro 博士实验室的学生们没有对研究到此的成果就心满意足,他们又做了两个有趣的实验。第一,如果倒立水母在睡眠被剥夺的时候,会出现类似我们被“时差”所扰的行为特征,那常被用来拯救时差的心头好“褪黑激素”(melatonin),是不是也能换来倒立水母一觉好眠呢?结果,被给予褪黑激素的倒立水母,果真睡得傻乎乎的。那我们感冒鼻子不通时,医生所开的抗组织胺有时候让人爱困,这对倒立水母也有类似作用吗?答案是会的!

Goentoro 博士实验室的这篇研究成果亮眼,因为他们用了最“根本”的行为学观察来回答一个在科学界争论不休的问题,提供了有趣的新角度。水母会不会睡觉?以 Goentoro 博士实验室的逻辑看起来,这问题的答案就跟问,“你看不看得出来坐你旁边的人在睡觉?”一样基本。他们的研究,也启发许多研究方向。例如,如果倒立水母的个体行为有类似“睡觉”的特征,那是不是相似的特征也可以在个别神经元的活动上,看出些许端倪呢?如果在倒立水母神经元的活动上也验证了这个假说,那可见,对睡眠的需求或许不是中枢大脑才会需要的,对于个别神经细胞,好好睡觉这件事,也是不可缺的啊!

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