昆蟲睡眠狀態十分特殊,或將揭曉人類睡眠謎團

2021-01-12 IT之家

北京時間10月5日消息,據國外媒體報導,如果你觀察一個疲憊睏倦的嬰兒,你會看到重力牽引他的眼瞼下垂,同樣的,昆蟲也有它們獨特的睡眠特徵,處於睡眠狀態的蜜蜂會將觸角下垂。

研究昆蟲睡眠可能最終有助於解決關於人類睡眠的一些重大謎團。因為昆蟲的大腦比哺乳動物的大腦更簡單,因此研究昆蟲睡眠將為分析神經基礎和功能作用提供重要線索。

這種可愛昆蟲睡覺的跡象可能看起來很平常,德國維爾茨堡大學科學家夏洛特·赫爾弗裡赫·福斯特(Charlotte Helfrich-Forster)在2017年出版的《昆蟲學年度評論》期刊上指出,研究昆蟲睡眠可能最終有助於解決關於人類睡眠的一些重大謎團。因為昆蟲的大腦比哺乳動物的大腦更簡單,因此研究昆蟲睡眠將為分析神經基礎和功能作用提供重要線索。對果蠅進行實驗(這是實驗室裡最容易操作的實驗對象),對解開大腦中負責控制睡眠的精確大腦區域特別有用。

當昆蟲學家巴雷特·克萊因(Barrett Klein)向人們講述他對蜜蜂睡眠的研究時,他們的談話遵循了一個可預見的情節:「人們幾乎總是從一個令人震驚的情形開始,昆蟲會睡眠嗎?接著會出現一連串的後續問題——睡眠意味著什麼?我們如何識別昆蟲的睡眠狀態?它與人類的睡眠有關嗎?」

來自美國威斯康星大學拉克羅斯分校的克萊因說:「為了保持高效工作,昆蟲需要睡覺,這主要取決於你對睡眠的概念定義,老實講,我們對睡眠究竟是什麼仍然沒有一個確切的概念。」

對於昆蟲而言,睡眠的定義很難進行界定。關於昆蟲是否睡覺的線索也是非常微妙的,蜜蜂的觸角下垂、蟑螂身體蜷縮以及果蠅長時間靜止不動,都可能意味著它們處於睡眠狀態。但是這些外在跡象並不是萬無一失的,例如:靜止不動的果蠅可能處於睡眠,也可能只是在休息。

測量大腦電活動的方法可以識別睡眠,但是這些技術也不是萬無一失非常準確的(更不用說它們在小昆蟲身體上難以實現),克萊因表示,其他的睡眠指標,例如:昆蟲對外界信號的反應有多困難,或者熬夜之後是否需要補覺,都有可能是證明昆蟲存在睡眠的有效線索。

除了昆蟲睡眠定義之外,對休眠昆蟲大腦的詳細研究將有助於揭曉人類睡眠的相似之處。研究果蠅大腦可以揭示構成生物鐘基礎的蛋白質產生的規律,許多相同的蛋白質也在人和其他哺乳動物身體上發生作用,對果蠅的其他研究顯示,一些化學信使(神經傳遞素),包括:多巴胺、乙醯膽鹼、氨基丁酸等,都與睡眠密切相關。福斯特稱,調節這些神經傳遞素可以改變果蠅的活動和休息周期。

和人類一樣,打斷昆蟲睡眠會損害它們的大腦表現,並改變果蠅的行為。蜜蜂有時會跳複雜的舞蹈,該行為是告訴每個同伴在哪裡可以發現花朵。克萊恩和同事發表在2010年出版的《美國國家科學院院刊》雜誌上的一項研究報告指出,在一個叫做「失眠者(insominator)」的邪惡實驗室裝置使蜜蜂保持清醒之後,蜜蜂的舞蹈「表演」得十分草率。

關於睡眠(昆蟲和人類)的未解之謎不勝枚舉,克萊因說:「我們花了很多時間來做這件事情,不僅僅是閉上眼睛或者關燈,而是真正地關閉或者屏蔽環境所有光源。然而迄今為止沒有人知道這是為什麼,也許被描述為『不可思議的多樣化、精緻、行為引人注目』的昆蟲特徵,有一天會幫助人們揭示答案。」

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