斑马鱼的睡眠模式与人类相似：揭示睡眠起源的新线索

07-12

撰文：JENNY HOWARD

根据一项研究小型水生动物神经活动的新研究，斑马鱼，就像图中的成年斑马鱼一样，似乎有着与人类快速眼动睡眠相似的睡眠周期。

摄影：BLICKWINKEL，ALAMY

研究人员耗费十年的时间，或许还度过了若干不眠之夜，才首次确定了斑马鱼大脑的睡眠模式，而这些模式与人类睡眠时的大脑活动非常相似。

在近日发表于《自然》杂志的报告中，科学家称发现了鱼类和哺乳动物睡眠模式相似的证据，或许能为我们的共同祖先的睡眠进化提供线索，进而帮助我们更好地理解打瞌睡的生物学功能。

“睡眠是神经科学中的一个巨大谜团，”加州大学圣地亚哥分校的生物学家William Joiner说，他并未参与这项研究，不过他从事研究果蝇的睡眠。经常会被问起我们为什么要从事这类研究，“人们真的还没找到一个好答案。”

在这项新研究中，研究团队使用先进的成像技术观察斑马鱼的睡眠情况，他们发现，这种小鱼的睡眠状态转换与人类的情况类似：快速眼动、睡眠和非快速眼动睡眠。之前研究者曾在很多哺乳动物、鸟类和蜥蜴身上观察到这种模式，不过在鱼类身上发现则是首次。

基于人类对鱼类和哺乳动物进化关系的理解，研究小组认为，类似快速眼动的睡眠状态在4.5亿年前就已经出现，因此这种睡眠是一种存在已久的生物学现象。

“我们都有脊柱，但我们的共同之处远不止于此，”研究报告的合作者、斯坦福大学的神经学家Philippe Mourrain说。“这让我们更容易理解睡眠以及睡眠对人类的影响。”

其他专家表示，研究者使用的方法为科学家研究睡眠设定了一个新的标准，Joiner称这篇论文是“技术杰作”。不过，并不是所有人都认为研究揭示了有关睡眠进化的很多信息。

“对于能否将鱼与老鼠、鸟类、爬行动物和人类之间的血统关系完全分开，我表示怀疑，” 瑞士洛桑大学的神经科学家Paul Franken说，他主要研究老鼠的睡眠。

鱼的睡眠

科学家们单凭观察斑马鱼的行为就能判断它们有睡眠行为。不过，Franken说，研究睡眠的黄金标准是使用生理学手段。

新研究的主要作者、斯坦福大学的神经科学家Louis C. Leung设计了研究进行复杂的成像所需的显微镜。动物的大多数身体活动都是由错综复杂的神经细胞网络控制。当神经元活跃时，动物体内的钙含量会上升，因此研究人员对斑马鱼进行了基因改造，使其含有某种蛋白质，当这种蛋白质检测到钙时，会闪现出荧光绿色，表明斑马鱼体内的某个区域处于活跃状态。

接着，研究者便开始进行真正的研究工作。研究团队主要研究两周大的斑马鱼，因为这个年龄的斑马鱼是透明的。Leung说，这使得研究人员可以在不切开动物或植入电极的情况下观察其大脑和身体内部的其他活动。

研究者在显微镜下将小鱼放入类似凝胶的物质中固定，然后开始观测关键的生理指标：大脑活动、心率、肌肉活动和眼球运动。

活跃和不活跃神经元的模式几乎立即显示出来，表现出与快速眼动和非快速眼动睡眠周期类似的“指纹”活动。

“我激动得无法呼吸，”Leung说。

为了证实这些活动模式是真正的睡眠，研究者之后阻止斑马鱼“打盹”，使小鱼保持困倦状态。当他们对遭到睡眠剥夺的斑马鱼进行测试后，发现了同样的神经元模式，只是活动的神经元更多。此外，当斑马鱼处于非快速眼动状态时，它们的心率减半，身体肌肉处于放松状态。

Leung说，与睡眠状态相比，斑马鱼处于清醒状态的大脑非常嘈杂，神经元的活动非常混乱。

打瞌睡的共同祖先

对许多生物体来说，诸如温度等环境因素会影响睡眠的持续时间和强度。例如，人类在更低的温度下会睡得更久。哺乳动物必须调节体温来保持温暖或凉爽，而体温调节长期以来一直与睡眠有关。不过，研究小组认为，由于斑马鱼的睡眠状态与人类相似，这表明这种睡眠在体温调节出现之前就已经存在了。

然而，加州大学洛杉矶分校的睡眠科学家Jerry Siegel认为，很难把这项研究的结果与哺乳动物联系起来，因为哺乳动物和鱼类之间相隔着大量的进化时间。他承认，睡眠几乎是动物都有的生理功能，但哺乳动物的睡眠千差万别。

“你不能说睡觉就是睡觉，”他说。哺乳动物每天所需的睡眠时间从3小时到20小时不等。与许多鲸类动物一样，许多动物没有快速眼动睡眠现象。或者快速眼动睡眠可能构成睡眠的很大一部分，比如像鸭嘴兽这样的哺乳动物，其快速眼动睡眠可以持续8小时。

此外，Siegel说，虽然研究者在非常年幼的鱼身上发现了睡眠特征，但这些结果不一定适用于成年鱼。在整个动物界，婴儿的睡眠都与他们的父母不同。

睡眠的未来？