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水母没有大脑,但它们确实睡觉

它们没有大脑,甚至比基本的神经系统还要多,但水母显然有睡觉时间。

最新研究发现,水母进入类似睡眠的状态。如果今天(9月21日)发表在《当代生物学》杂志上的这项研究得到了未来研究的证实,水母将是有史以来第一种没有中枢神经系统的动物。这一发现可能支持了睡眠是神经元的一种紧急属性的理论——换句话说,睡眠可能是神经细胞在网络中连接的一种方式,即使没有复杂的组织。研究合著者、加州理工学院生物工程博士生克莱尔·贝德布鲁克说:

“我们所展示的真正新奇之处在于,这种动物在进化上几乎与人类和高等动物相距甚远,似乎也具有这种保守的睡眠行为状态。”。[看可爱的动物睡觉的照片]

睡眠的起源

睡眠对生存至关重要,但没有人知道它到底做了什么,也不知道它最初进化的原因。1995年《行为大脑研究》杂志上的一项研究发现,当完全失去睡眠时,老鼠会在三周内死亡。像秀丽隐杆线虫这样简单的动物,只有302个神经元和极其简单的中枢神经系统,已经被发现表现出活动和休息的模式,看起来非常像睡眠。

Ravi Nath,加州理工学院的研究生和这项新研究的合著者,典型地研究这种睡眠状态线虫。他和他的实验室顾问保罗·斯特恩伯格(Paul Sternberg)想知道,他们是否能在更简单的动物身上找到睡眠的证据。内特告诉《生活科学》杂志说,我想到了水母,加州理工学院的另一名研究生迈克尔·艾布拉姆斯(Michael Abrams)碰巧在生物学家莉亚·戈恩特罗的实验室里同时为一个完全无关的项目培育水母。他注意到,有一个属,仙后座,或倒立的水母,似乎在晚上变得不那么活跃。艾布拉姆斯在接受《科学现场》采访时说,仙后座的绝大部分时间都是倒立在海洋或舱底,每秒大约会有一次鸣钟。这种久坐的行为使倒立的水母成为一种易于行为追踪的动物。

打盹的果冻

艾布拉姆斯和纳特与贝德布鲁克联手调查果冻在做什么。他们知道,要证明水母在睡觉,他们必须证明他们的行为符合睡眠的标准标准:与昏迷或无意识不同,快速可逆的活动减少;与清醒状态相比,对 ... 的反应降低;稳态调节,这意味着有某种天生的“驱动力”进入睡眠状态,动物需要睡眠才能正常工作。[10件你不知道的关于大脑的事情]

仙后座水母,因为它们喜欢的位置而被称为倒立水母,似乎在晚上睡觉。(加州理工学院)

为了测量活动,研究人员计算了23只水母连续6天6夜钟的脉动率。他们发现,在夜间,这个比率下降了32%,从白天每20分钟1155个脉冲下降到晚上每20分钟781个脉冲。当研究人员在水柱中放入一点午夜小吃时,果冻会苏醒,并开始以白天的速度脉动,这表明这种静止期是很容易逆转的。

,但水母的反应是否不如平时?为了找到答案,研究人员把水母放进一个有网底的PVC管制成的小容器里。他们将水母从水缸底部轻轻地向上提起,然后迅速地将水母容器向下拽,让水母悬浮在水中。

仙后座水母喜欢坐着游泳,所以悬浮的水母会脉冲式地向下游到水缸底部。但是他们在白天做得比晚上快得多,在失去休息面后2秒开始脉搏跳动当他们用了大约6秒的时间开始搏动时,他们几乎像是在反应之前昏昏欲睡。

接着,研究人员测试了水母的睡意行为是否处于稳态控制之下。更简单地说,问题是:如果果冻在晚上失去了安静,第二天果冻会不会表现得很累?为了找出答案,研究人员每20分钟向果冻中吹10秒的水脉冲。他们发现,当他们在晚上的最后6个小时以这种方式干扰水母时,水母在第二天的头4个小时显示出12%的脉动下降,就好像他们很难醒来一样。当研究人员整夜持续干扰时,水母在第二天的活动减少了17%。经过一整夜没有任何干扰,水母在第二天恢复正常活动水平。

睡眠进化

一个紧迫的问题是,水母的睡眠样行为是否与最终导致高级动物复杂睡眠的行为相同。内特说,研究人员确实知道,控制蠕虫和苍蝇睡眠的基因和分子同样也调节斑马鱼和人类的睡眠。在这项研究中,研究人员无法寻找到这些基因和分子,但他们确实给水母的水注射了褪黑激素和抗组胺嘧啶,这两种物质使人昏昏欲睡。水母在这些物质的存在下也变得不那么活跃,这表明已知最古老的动物和人类的睡眠状态可能有着相同的生物学根源。

“如果这是我们在其他无脊椎动物、脊椎动物或人类身上观察到的保守的东西,那么共同点是什么?”贝德布鲁克说它们都有什么共同点,可能是这些动物经历这种睡眠状态的原因?”下一步,Nath说,可能是用电极来追踪水母的神经元在睡眠状态下的活动。Bedbrook补充说:“我们很想看看是否还有其他种类的水母也在睡觉。”我们还想看看下一个层次的海绵是否睡眠。“海绵根本没有神经系统,尽管它们确实拥有其他动物神经系统中发现的一些基本基因和蛋白质。”

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