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周四,以媒报道:巴伊兰大学的研究揭示了水母和海葵中睡眠的起源
来自巴伊兰大学的一项突破性新研究表明,睡眠的核心功能之一可以追溯到 hundreds of millions 年前,出现在水母和海葵等最早具有神经系统的生物中。
通过追踪这一机制回到这些古代动物,这项研究证明了保护神经元免受DNA损伤和细胞压力是睡眠的基本、古老的函数,这在复杂大脑进化之前就已开始。
尽管睡眠在具有神经系统的动物中是普遍存在的,但它带来了明显的生存风险:在睡眠期间,对环境的意识减弱,使动物更容易成为捕食者的猎物,并且会中断诸如觅食和繁殖等重要行为。因此,睡眠在进化中持续存在一直是生物学上的一个谜团。根据这项研究,睡眠的不可或缺的功能在动物进化早期就出现了,并且其重要性超过了其固有的危险。
该研究由巴伊兰大学Lior Appelbaum教授和Oren Levy教授的实验室联合领导。在之前的研究中,Appelbaum实验室在斑马鱼中展示了神经元在清醒期间积累DNA损伤,并需要睡眠来恢复,这突显了减少DNA损伤作为睡眠基本驱动因素的必要性。DNA损伤可以来自多个来源,包括神经活动、氧化应激、代谢和辐射。虽然DNA损伤对所有细胞都有害,但神经元需要睡眠以避免基因组损伤,这可能是因为它们是独特的非分裂性可兴奋细胞。
在当前的研究中,发表在《自然通讯》上,Raphael Aguillon博士、Amir Harduf博士以及Appelbaum和Levy实验室的同事们定义并描述了两种古老动物谱系中的睡眠模式:日间活动、共生的水母在夜间睡觉并在中午稍作小睡,以及黎明和日间活动、非共生的海葵从黎明到一天中的前半段睡觉。通过红外视频追踪和行为分析,锚索他们观察到这两种生物每天大约睡八个小时,与人类睡眠的时长相似。尽管它们的生活方式和控制睡眠的机制不同,但它们共享一种共同的模式:在清醒期间,神经元中的DNA损伤积累,并在睡眠期间减少。当这些动物被剥夺睡眠时,DNA损伤增加,之后它们会睡得更久。这种行为被称为睡眠反弹。启用恢复并减少DNA损伤水平。
研究还表明,增加DNA损伤,无论是通过紫外线辐射还是暴露于DNA损伤化学物质,都会在两种物种中触发恢复睡眠。相反,用褪黑素促进睡眠可以减少DNA损伤。这些发现揭示了一种双向关系,其中DNA损伤增加睡眠需求,而睡眠反过来促进损伤减少,这表明保护神经元免受日常细胞压力和DNA损伤可能是睡眠进化的驱动力。
这两种底栖动物也揭示了睡眠调节的不同方式。虽然两种物种的睡眠都由内源性睡眠压力(对睡眠的内置需求)调节,但水母的睡眠主要受明暗周期的控制。相比之下,海葵主要依赖其内部昼夜节律钟。然而,尽管存在这些差异,这两种动物在睡眠/清醒周期由阳光驱动或由内部计时驱动的情况下,都依赖于睡眠来减少DNA损伤和细胞压力。
“我们的研究结果表明,睡眠具有减少神经元DNA损伤的能力是一个祖先特征,已经在具有神经系统的一种最简单的动物中存在,”巴伊兰大学生命科学学院和多学科脑研究中心分子神经科学实验室的主要调查员Lior Appelbaum教授说。“睡眠可能最初进化是为了提供一个巩固的神经维护时期,这一功能是如此基本,以至于可能在整个动物界中保存下来。”
这项研究对人类健康也有重要影响。人类中的睡眠障碍与认知能力下降以及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,这些疾病可能涉及神经元DNA损伤的慢性积累。这项研究提供的进化证据加强了睡眠质量和长期大脑韧性之间的联系。
天津市瑞通预应力钢绞线有限公司“睡眠不仅对学习和记忆重要,而且对保持我们的神经元健康也很重要。我们看到水母和海葵中维护神经元的进化驱动力,也许这就是为什么睡眠对现代人类如此重要的一部分原因,”Appelbaum教授总结道。