睡眠最初可能只是神经系统的一种简单维护机制。一项新研究表明，甚至一些最早拥有神经元的动物也利用睡眠来减少DNA损伤和细胞压力。
这种保护作用似乎非常根本，其出现时间比复杂的大脑还要早数亿年。
这项研究由巴伊兰大学Lior Appelbaum 教授和 Oren Levy 教授的实验室领导完成。
通过研究水母和海葵，研究团队认为睡眠的核心功能之一非常古老：让神经元有时间进行修复。
为什么睡眠值得冒险
一旦神经系统出现，睡眠就遍布动物王国。这一直很奇怪，因为睡眠看起来似乎很危险。
动物睡觉时，对周围环境的感知能力会下降，这会使它们更容易成为猎物。睡眠还会干扰一些对生存至关重要的活动，例如觅食和繁殖。
那么，进化为何要保留睡眠呢？这项研究清楚地表明，睡眠不仅有益，它还具有难以替代的保护作用。
这种观点认为，神经元在清醒状态下会受到损伤，而睡眠则提供了一个修复期来减少这种损伤。如果真是如此，那么睡眠的“代价”或许会被神经元缺乏修复时间所带来的后果所抵消。
远古动物，熟悉的睡眠模式
研究团队重点关注了两个与神经系统进化早期起源非常接近的基部动物谱系。
其中一种是昼行性共生水母，它夜间睡觉，中午前后也会小睡一会儿。另一种是晨昏性非共生海葵，它通常从黎明一直睡到上午。
研究人员利用红外视频追踪和行为分析，确定并测量了两种动物的睡眠模式。
尽管它们的生活方式截然不同，但它们却发现了一些意想不到的相似之处：这两个物种每天大约睡八个小时，与人类典型的睡眠时间相似。
它们的睡眠时间细节并不完全相同，但整体结构仍然呈现规律的周期性，而非随机的休息时间。
DNA损伤的增减
核心发现是关于睡眠-觉醒周期中神经元内部发生的变化。
在之前的研究中，Appelbaum 实验室在斑马鱼身上发现，神经元在动物清醒时会积累 DNA 损伤，而睡眠是恢复所必需的。
DNA损伤可能来自多种来源，包括神经元活动、氧化应激、新陈代谢和辐射。
这种损伤会损害任何细胞，但神经元面临着特殊的问题。它们是兴奋性的，持续活跃，而且通常不会分裂，因此神经元不能像某些组织那样通过产生新细胞来“重置”。
这项研究再次发现了与斑马鱼类似的模式，但这次是在年龄更大的动物身上。在水母和海葵中，神经元中的DNA损伤在清醒状态下积累，在睡眠状态下减少。
睡眠反弹和减少损伤
研究人员还对该系统进行了进一步测试，以检验睡眠是否会对损伤做出反应。当动物被保持清醒时，DNA损伤增加。之后，这些动物的睡眠时间比平时更长。
这种“追赶”行为被称为睡眠反弹，研究表明，它与恢复和 DNA 损伤水平降低同时发生。
然后，研究团队采取了更直接的方法。他们利用紫外线辐射以及将动物暴露于一种会破坏DNA的化学物质中，来增加DNA损伤。
两种诱发因素都能在两种物种中诱导恢复性睡眠。当研究人员使用褪黑激素促进睡眠时，DNA损伤有所减少。
总的来说，这是一种双向关系。损伤似乎会增加睡眠需求，而睡眠似乎有助于减轻损伤。
不同的钟表，同样的维修工作
这项研究的另一个有趣之处在于，这些动物调节睡眠的方式并不相同。
两种物种都表现出睡眠稳态压力。这意味着你保持清醒的时间越长，体内的睡眠冲动就越强。但它们之间设定睡眠时间表的主要“计时器”却有所不同。
水母的睡眠主要受光暗周期控制。而海葵的睡眠则更多地依赖于其内部的生物钟。
因此，一种动物的作息更直接受阳光驱动，而另一种动物则更多地依赖于自身的生物钟。然而，它们都利用睡眠来完成相同的基本功能：减少神经元中的DNA损伤和细胞压力。
这对于重要的进化论断至关重要。如果截然不同的睡眠控制系统最终都发挥着相同的维持功能，那么这个功能可能正是进化一直以来所保留的。
“我们的研究结果表明，睡眠减少神经元 DNA 损伤的能力是一种祖先特征，这种特征已经存在于拥有神经系统的最简单的动物之一中，”阿佩尔鲍姆说。
“睡眠最初可能是为了给神经系统提供一个集中维护的时期而进化出来的，这一功能如此基本，以至于它可能在整个动物王国中都得以保留。”
对人脑的影响
这项研究也指向人类健康方面。在人类中，睡眠障碍与认知能力下降以及罹患阿尔茨海默病和帕金森病 等神经退行性疾病的风险增加有关。
这些情况可能涉及神经元长期压力累积和损伤。此处的进化论论点强化了睡眠质量与大脑长期恢复能力密切相关的观点。
这并不是说水母可以“解释”阿尔茨海默病，而是暗示了一种深层的生物学逻辑：如果睡眠自最早的神经系统出现以来就一直在保护神经元，那么长期睡眠紊乱很可能使神经元在一生中更容易受到损伤。
“睡眠不仅对学习和记忆很重要，而且对保持神经元健康也很重要，”阿佩尔鲍姆说。
“我们在水母和海葵身上看到的维持神经元的进化驱动力，或许是睡眠对当今人类至关重要的原因之一。”
睡眠最初可能只是神经系统的一种简单维护机制。一项新研究表明，甚至一些最早拥有神经元的动物也利用睡眠来减少DNA损伤和细胞压力。
这种保护作用似乎非常根本，其出现时间比复杂的大脑还要早数亿年。
这项研究由巴伊兰大学Lior Appelbaum 教授和 Oren Levy 教授的实验室领导完成。
通过研究水母和海葵，研究团队认为睡眠的核心功能之一非常古老：让神经元有时间进行修复。
为什么睡眠值得冒险
一旦神经系统出现，睡眠就遍布动物王国。这一直很奇怪，因为睡眠看起来似乎很危险。
动物睡觉时，对周围环境的感知能力会下降，这会使它们更容易成为猎物。睡眠还会干扰一些对生存至关重要的活动，例如觅食和繁殖。
那么，进化为何要保留睡眠呢？这项研究清楚地表明，睡眠不仅有益，它还具有难以替代的保护作用。
这种观点认为，神经元在清醒状态下会受到损伤，而睡眠则提供了一个修复期来减少这种损伤。如果真是如此，那么睡眠的“代价”或许会被神经元缺乏修复时间所带来的后果所抵消。
远古动物，熟悉的睡眠模式
研究团队重点关注了两个与神经系统进化早期起源非常接近的基部动物谱系。
其中一种是昼行性共生水母，它夜间睡觉，中午前后也会小睡一会儿。另一种是晨昏性非共生海葵，它通常从黎明一直睡到上午。
研究人员利用红外视频追踪和行为分析，确定并测量了两种动物的睡眠模式。
尽管它们的生活方式截然不同，但它们却发现了一些意想不到的相似之处：这两个物种每天大约睡八个小时，与人类典型的睡眠时间相似。
它们的睡眠时间细节并不完全相同，但整体结构仍然呈现规律的周期性，而非随机的休息时间。
DNA损伤的增减
核心发现是关于睡眠-觉醒周期中神经元内部发生的变化。
在之前的研究中，Appelbaum 实验室在斑马鱼身上发现，神经元在动物清醒时会积累 DNA 损伤，而睡眠是恢复所必需的。
DNA损伤可能来自多种来源，包括神经元活动、氧化应激、新陈代谢和辐射。
这种损伤会损害任何细胞，但神经元面临着特殊的问题。它们是兴奋性的，持续活跃，而且通常不会分裂，因此神经元不能像某些组织那样通过产生新细胞来“重置”。
这项研究再次发现了与斑马鱼类似的模式，但这次是在年龄更大的动物身上。在水母和海葵中，神经元中的DNA损伤在清醒状态下积累，在睡眠状态下减少。
睡眠反弹和减少损伤
研究人员还对该系统进行了进一步测试，以检验睡眠是否会对损伤做出反应。当动物被保持清醒时，DNA损伤增加。之后，这些动物的睡眠时间比平时更长。
这种“追赶”行为被称为睡眠反弹，研究表明，它与恢复和 DNA 损伤水平降低同时发生。
然后，研究团队采取了更直接的方法。他们利用紫外线辐射以及将动物暴露于一种会破坏DNA的化学物质中，来增加DNA损伤。
两种诱发因素都能在两种物种中诱导恢复性睡眠。当研究人员使用褪黑激素促进睡眠时，DNA损伤有所减少。
总的来说，这是一种双向关系。损伤似乎会增加睡眠需求，而睡眠似乎有助于减轻损伤。
不同的钟表，同样的维修工作
这项研究的另一个有趣之处在于，这些动物调节睡眠的方式并不相同。
两种物种都表现出睡眠稳态压力。这意味着你保持清醒的时间越长，体内的睡眠冲动就越强。但它们之间设定睡眠时间表的主要“计时器”却有所不同。
水母的睡眠主要受光暗周期控制。而海葵的睡眠则更多地依赖于其内部的生物钟。
因此，一种动物的作息更直接受阳光驱动，而另一种动物则更多地依赖于自身的生物钟。然而，它们都利用睡眠来完成相同的基本功能：减少神经元中的DNA损伤和细胞压力。
这对于重要的进化论断至关重要。如果截然不同的睡眠控制系统最终都发挥着相同的维持功能，那么这个功能可能正是进化一直以来所保留的。
“我们的研究结果表明，睡眠减少神经元 DNA 损伤的能力是一种祖先特征，这种特征已经存在于拥有神经系统的最简单的动物之一中，”阿佩尔鲍姆说。
“睡眠最初可能是为了给神经系统提供一个集中维护的时期而进化出来的，这一功能如此基本，以至于它可能在整个动物王国中都得以保留。”
对人脑的影响
这项研究也指向人类健康方面。在人类中，睡眠障碍与认知能力下降以及罹患阿尔茨海默病和帕金森病 等神经退行性疾病的风险增加有关。
这些情况可能涉及神经元长期压力累积和损伤。此处的进化论论点强化了睡眠质量与大脑长期恢复能力密切相关的观点。
这并不是说水母可以“解释”阿尔茨海默病，而是暗示了一种深层的生物学逻辑：如果睡眠自最早的神经系统出现以来就一直在保护神经元，那么长期睡眠紊乱很可能使神经元在一生中更容易受到损伤。
“睡眠不仅对学习和记忆很重要，而且对保持神经元健康也很重要，”阿佩尔鲍姆说。
“我们在水母和海葵身上看到的维持神经元的进化驱动力，或许是睡眠对当今人类至关重要的原因之一。”
