動(dòng)物為什么睡覺?為什么人類要浪費(fèi)三分之一的時(shí)間睡覺?
在整個(gè)進(jìn)化過程中，睡眠對(duì)所有有神經(jīng)系統(tǒng)的生物都是普遍的和必不可少的，包括無脊椎動(dòng)物，如蒼蠅、蠕蟲，甚至水母。
但是，，動(dòng)物睡覺的原因——盡管食肉動(dòng)物的威脅不斷——仍然是個(gè)謎，被認(rèn)為是生命科學(xué)中最大的未解之謎之一。
在今天發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)雜志上的一項(xiàng)新研究中，以色列巴伊蘭大學(xué)(Bar-Ilan University)的研究人員揭示了一種新的、意想不到的睡眠功能。
利用活斑馬魚的3D延時(shí)成像技術(shù)，研究人員能夠在單個(gè)染色體分辨率下定義睡眠，并首次表明，單個(gè)神經(jīng)元需要睡眠才能進(jìn)行細(xì)胞核的修復(fù)工作。
DNA損傷可以由許多過程引起，包括輻射，氧化應(yīng)激，甚至神經(jīng)元活動(dòng)。
每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的DNA修復(fù)系統(tǒng)可以修復(fù)這種損傷。
目前的研究表明，在清醒狀態(tài)下，當(dāng)染色體動(dòng)力較低時(shí)，DNA損傷持續(xù)累積，可能達(dá)到不安全水平。
睡眠的作用是增加染色體動(dòng)力，使每個(gè)神經(jīng)元的DNA損傷水平正?；?/p>
顯然，這種DNA修復(fù)過程在“在線清醒”期間不夠有效，需要“離線睡眠”，減少對(duì)大腦的輸入才能發(fā)生。
“這就像道路上的坑洞，”巴伊蘭大學(xué)Mina和Everard Goodman生命科學(xué)學(xué)院以及Gonda (Goldschmied)多學(xué)科大腦研究中心的Lior Appelbaum教授說。
“道路會(huì)累積磨損，尤其是在白天的高峰時(shí)段，在夜間交通稀少的時(shí)候修路是最方便和有效的。”
Appelbaum稱DNA的累積損害為“清醒的代價(jià)”。
他和他的博士生、這項(xiàng)研究的第一作者大衛(wèi)·扎達(dá)(David Zada)，以及合著者塔利·勒勒-戈?duì)柕率驳げ┦?Dr. Tali Lerer-Goldshtein)、伊琳娜·勃朗什丹博士(Dr. Irina Bronshtein)、尤瓦爾·加里尼(Yuval Garini)教授假設(shè)，睡眠會(huì)鞏固和同步單個(gè)神經(jīng)元內(nèi)的細(xì)胞核修復(fù)工作，并著手證實(shí)這一理論。
他們的發(fā)現(xiàn)歸功于斑馬魚模型的特點(diǎn)。
斑馬魚具有絕對(duì)的透明性，它的大腦與人類非常相似，是在生理?xiàng)l件下研究活體動(dòng)物單細(xì)胞的理想生物。
利用高分辨率的顯微鏡，可以觀察到DNA和核蛋白在魚體內(nèi)細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。
研究人員尤其驚訝地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)身體休息的時(shí)候，染色體在夜間更活躍，但這種增加的活動(dòng)使修復(fù)DNA損傷的效率得以提高。
結(jié)果表明，染色體動(dòng)力可作為確定單個(gè)睡眠細(xì)胞的潛在標(biāo)志，并提出睡眠的恢復(fù)功能是細(xì)胞核的修復(fù)。
Appelbaum教授說:“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)睡眠、染色體動(dòng)力學(xué)、神經(jīng)元活動(dòng)、DNA損傷和修復(fù)與整個(gè)生物體的生理直接相關(guān)。”
“睡眠提供了一個(gè)減少清醒時(shí)大腦DNA損傷的機(jī)會(huì)。”
“盡管有著對(duì)周圍環(huán)境意識(shí)降低的風(fēng)險(xiǎn)，動(dòng)物——從水母、斑馬魚到人類——都需要睡眠，以便讓他們的神經(jīng)元進(jìn)行有效的DNA修復(fù)工作，這也許就是為什么在動(dòng)物中睡眠行為演化并留存了下來?！盇ppelbaum教授總結(jié)道。
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