睡眠的未解之謎

對動物而言，睡眠是一個伴隨明顯生存風險的行為：在睡眠過程中，動物對環境的感知能力下降，更容易暴露于捕食者的威脅之下，同時也會中斷進食和繁殖等關鍵生命活動。

科學家普遍認為，睡眠必定承擔著某種根本性的生物學功能，因為從刺胞動物到人類，在迄今研究過的所有擁有神經系統的動物中，進化都保留了睡眠這一行為。

在一項新發表于《自然·通訊》的研究中，一個研究團隊將目光投向了可追溯到數億年前的水母和海葵——他們驚訝地發現，這兩種沒有腦的動物，竟然擁有與人類驚人相似的睡眠方式！

通過研究這些古老動物的睡眠，研究人員證明：保護神經元免受DNA損傷和細胞應激，是睡眠一種基本而古老的功能，其出現時間遠早于復雜的腦的進化。這意味著，睡眠這一不可或缺的功能，在動物進化的早期階段便已經出現，其重要性之高，足以抵消其所帶來的固有風險。

無腦，但與人類相似的睡眠

刺胞動物包括水母、海葵和珊瑚，它們都屬于最早進化出神經元的動物。此前，研究人員已經在倒立水母（

Cassiopea andromeda

Hydra vulgaris

為了進一步了解這些結構簡單的動物為何需要睡眠，這一次，研究人員研究了倒立水母和星狀海葵（

Nematostella vectensis

在實驗室中，研究團隊將多只倒立水母飼養在水族箱內，并在連續多天里給予它們12小時光照、12小時黑暗的交替環境。

他們利用紅外攝像機來記錄倒立水母的傘狀“鐘體”的脈動頻率——這種脈動是水母清醒狀態的標志。結果顯示，倒立水母在夜間的活動明顯減少，其鐘體的脈動頻率比白天每分鐘大約少5次。

實時視頻顯示，在明暗周期實驗中，9只倒立水母被分別置于獨立的實驗區域內，并表現出規律性的脈動行為。視頻來源：Nature Communications (2026).

為了確認這種活動下降是否與睡眠有關，研究人員利用光照來刺激倒立水母，并測量它們作出反應所需的時間。研究發現：就像昏昏欲睡的人類一樣，水母在夜間大約需要20秒才能作出反應——這一反應時間是白天清醒時的兩倍多。

星狀海葵則呈現出與倒立水母相反的節律：它們在夜間更加活躍，而在白天運動速度和反應時間都會放慢。它們的睡眠從黎明開始，并持續至當天的前半段。

盡管這兩種動物的生活方式不同，但它們每天都有大約三分之一的時間處于睡眠狀態，這一點與人類睡眠時長十分相似。

而且同樣與人類相似的是，研究人員觀察到，即使環境不斷變化，星狀海葵仍然維持其原有的睡眠周期。這意味著，星狀海葵的睡眠周期由其晝夜節律生物鐘（控制睡眠與覺醒周期的內部計時系統）驅動的。相比之下，倒立水母的睡眠模式對光照變化更為敏感——在黑暗中變得困倦，在光照下則更加活躍。

修復DNA損傷

在實驗中，當研究人員強迫倒立水母和星狀海葵保持清醒時，發現這些動物隨后也會像人類一樣，需要更長時間的睡眠：他們在夜間持續6個小時攪動水族箱中的水、以擾亂倒立水母的睡眠時，這些被剝奪睡眠的倒立水母在第二天的睡眠時間比休息充分的同類長出了50%。這種被稱為“睡眠反跳”的行為，有助于機體恢復并降低DNA損傷水平。

DNA損傷可由多種因素引起，包括神經元活動本身、氧化應激、代謝過程以及輻射。在此前的研究中，研究團隊已經在斑馬魚中發現，神經元在清醒狀態下會不斷積累DNA損傷，并需要通過睡眠來修復。研究人員想知道，倒立水母和星狀海葵是否也遵循相同的規律。

為了驗證這一假設，他們將倒立水母暴露于會損傷DNA的紫外線之下。結果發現，暴露之后，這些水母的睡眠時間明顯延長。研究人員對部分星狀海葵使用了一種會導致DNA損傷的化學物質。在使用后的當晚，這些海葵的睡眠時間比未處理的個體長約30%。

這表明，無論是通過紫外線輻射還是暴露于會損傷DNA的化學物質來增加DNA損傷，都會在這兩種物種中觸發“睡眠反跳”反應。

另外，研究團隊還在部分實驗水箱中加入了褪黑素——這是一種由人腦在夜間分泌，用于促進睡眠的激素。他們觀察到，褪黑素對刺胞動物也產生了類似的“誘睡”效果，使星狀海葵和倒立水母在原本應當活躍的時段進入睡眠狀態，減少了DNA損傷。

這些結果揭示了一種雙向關系：DNA損傷會增加對睡眠的需求，而睡眠能促進損傷的修復與降低。這表明，保護神經元免受日常細胞應激和DNA損傷，可能正是推動睡眠在進化中出現的根本動力。

從水母到人類

研究人員認為，這項研究證明了睡眠降低神經元DNA損傷的能力是一種祖先性特征，且早已存在于擁有最簡單神經系統的動物之中。

這些研究結果對人類健康同樣具有重要意義。在人類中，睡眠障礙與認知能力下降以及阿爾茨海默病、帕金森病等神經退行性疾病風險升高密切相關，而這些疾病可能涉及神經元DNA損傷的長期積累。

研究所提供的進化證據，進一步強化了睡眠質量與腦的長期恢復力之間的聯系。總的來說，它表明睡眠不僅對學習和記憶至關重要，同樣也是維持神經元健康的關鍵因素。

這些在水母和海葵中觀察到的、維持神經元完整性的進化動力，或許正是睡眠在今天仍然對人類不可或缺的原因之一。

#參考來源：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-67400-5

https://phys.org/news/2026-01-evolutionary-code-neuron-jellyfish-sea.html

https://www.science.org/content/article/jellyfish-sleep-lot-us-and-same-reasons

https://www.nature.com/articles/d41586-026-00044-7

#圖片來源：

封面圖&首圖：Amir Harduf and Rapha?l Aguillon