从水母到人类，为什么不同动物都需要睡觉？原因或跟DNA损伤有关

动物为什么睡觉?为什么人类要浪费三分之一的时间睡觉?

在整个进化过程中，睡眠对所有有神经系统的生物都是普遍的和必不可少的，包括无脊椎动物，如苍蝇、蠕虫，甚至水母。

但是，，动物睡觉的原因——尽管食肉动物的威胁不断——仍然是个谜，被认为是生命科学中最大的未解之谜之一。

在今天发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的一项新研究中，以色列巴伊兰大学(Bar-Ilan University)的研究人员揭示了一种新的、意想不到的睡眠功能。

利用活斑马鱼的3D延时成像技术，研究人员能够在单个染色体分辨率下定义睡眠，并首次表明，单个神经元需要睡眠才能进行细胞核的修复工作。

DNA损伤可以由许多过程引起，包括辐射，氧化应激，甚至神经元活动。

每个细胞内的DNA修复系统可以修复这种损伤。

目前的研究表明，在清醒状态下，当染色体动力较低时，DNA损伤持续累积，可能达到不安全水平。

睡眠的作用是增加染色体动力，使每个神经元的DNA损伤水平正常化。

显然，这种DNA修复过程在“在线清醒”期间不够有效，需要“离线睡眠”，减少对大脑的输入才能发生。

“这就像道路上的坑洞，”巴伊兰大学Mina和Everard Goodman生命科学学院以及Gonda (Goldschmied)多学科大脑研究中心的Lior Appelbaum教授说。

“道路会累积磨损，尤其是在白天的高峰时段，在夜间交通稀少的时候修路是最方便和有效的。”

Appelbaum称DNA的累积损害为“清醒的代价”。

他和他的博士生、这项研究的第一作者大卫·扎达(David Zada)，以及合著者塔利·勒勒-戈尔德什丹博士(Dr. Tali Lerer-Goldshtein)、伊琳娜·勃朗什丹博士(Dr. Irina Bronshtein)、尤瓦尔·加里尼(Yuval Garini)教授假设，睡眠会巩固和同步单个神经元内的细胞核修复工作，并着手证实这一理论。

他们的发现归功于斑马鱼模型的特点。

斑马鱼具有绝对的透明性，它的大脑与人类非常相似，是在生理条件下研究活体动物单细胞的理想生物。

利用高分辨率的显微镜，可以观察到DNA和核蛋白在鱼体内细胞内的运动。

研究人员尤其惊讶地发现，当身体休息的时候，染色体在夜间更活跃，但这种增加的活动使修复DNA损伤的效率得以提高。

结果表明，染色体动力可作为确定单个睡眠细胞的潜在标志，并提出睡眠的恢复功能是细胞核的修复。

Appelbaum教授说:“我们已经发现睡眠、染色体动力学、神经元活动、DNA损伤和修复与整个生物体的生理直接相关。”

“睡眠提供了一个减少清醒时大脑DNA损伤的机会。”

“尽管有着对周围环境意识降低的风险，动物——从水母、斑马鱼到人类——都需要睡眠，以便让他们的神经元进行有效的DNA修复工作，这也许就是为什么在动物中睡眠行为演化并留存了下来。”Appelbaum教授总结道。