幼年斑马鱼。图片来源：Medical Xpress
来源 STANFORD MEDICINE
翻译 祖玮佳
审校 魏潇
斯坦福大学医学院的研究人员发现，睡眠状态下的斑马鱼有着与人类相似的神经特征，这表明早在 4.5 亿年前、所有生物都还没爬出汪洋大海的时候，就有生命进化出了大脑活动。
100 多年前，科学家们就了解到，鱼类可以进入一种类似睡眠的（休眠）状态，但他们直到今天才知道，这种睡眠和陆地动物的睡眠很相似。
研究人员发现，斑马鱼睡觉时会表现出两种与在哺乳动物、爬行动物和鸟类中发现的，状态相似的睡眠模式：慢波睡眠（SWW）和和异相睡眠（也称快速眼动睡眠，REM）。这标志着我们首次在鱼类脑中记录到此类大脑模式。
完成该研究的博士后研究员 Louis Leung 说：“这个发现使得睡眠的神经信号演化提早了不少年。”
相关论文已于 7 月 10 日在《自然》杂志上发表，斯坦福大学医学院精神病学和行为科学副教授 Philippe Mourrain 博士是通讯作者，Louis Leung 是第一作者。
为了研究斑马鱼（也有人叫它 danios）这一常见的水族馆成员，研究人员搭建了一架台式荧光片显微镜，这架机器能够在单细胞分辨率上提供完整的鱼体成像。研究人员记录了斑马鱼在固定它们的琼脂溶液中睡觉时的大脑活动。他们还利用自行研发的荧光多导睡眠仪记录了斑马鱼睡眠状态下的心率、眼动和肌张力。
研究人员将他们观测到的类似慢波睡眠的斑马鱼睡眠状态命名为“慢发睡眠”（slow-bursting sleep），类似快速眼动睡眠（REM）的则命名为“行波睡眠”（propagating-wave sleep）。虽然斑马鱼处于类REM状态时并没有眼动行为，但他们的大脑活动和肌肉特征是基本吻合的。（因为没有眼睑，斑马鱼睡觉时并不会闭上眼睛）
像鱼一样睡觉
研究人员还发现了鱼类和人类睡眠的另一个相似之处。通过在基因层面破坏黑素浓集激素（melanin-concentrating hormone，MCH，一种控制睡眠-觉醒周期的神经肽）的功能，之后观察斑马鱼睡眠状态下的神经表达，研究人员确定，MCH 的信号能调节斑马鱼的行波睡眠，就像它在哺乳动物中可以调控快速眼动睡眠一样。
Mourrain 表示，斑马鱼处于行波睡眠状态时的其他身体状况，也与陆栖脊椎动物处于快速眼动睡眠状态时类似：保持静止、肌肉放松、心肺节律放缓，并且被接近时没有反应。
“斑马鱼们会失去肌张力，心跳放缓，对刺激没有反应——与快速眼动睡眠唯一的真正区别是缺乏快速眼动，” Mourrain 说，不过他还补充说：“眼球的快速运动并不是快速眼动睡眠的一个很好的标准，并且我们更喜欢称之为异相睡眠，因为一个人熟睡时大脑却看起来很清醒。”
虽然科学家不能确定所有动物都会睡觉，但无论脊椎动物还是无脊椎动物，睡眠似乎是普遍需求。如果动物在足够长的时间没有睡觉，它们就会死去。而没有得到充足睡眠的人则会面临精神问题，比如记忆力衰退和判断力受损，以及更高的患病风险，如肥胖和高血压。
然而，睡眠的确切好处仍然是个谜。“它是一个基本的诉求，”穆拉林说，“但我们不知道它具体能带来什么。”
他补充说，睡眠障碍与大多数神经系统疾病存在联系，如自闭症谱系障碍、脆性 X 综合征（FraX，最常见的遗传性智力低下综合征）、阿尔茨海默病和帕金森病。Mourrain 表示：“睡眠障碍是这些疾病的恶化因素。”他还补充说，发展这种动物模型、在细胞水平研究睡眠的功能，包括神经元连接和 DNA 修复，进而了解睡眠中断的病理生理学后果，是至关重要的。
这项发现意味着有关睡眠的研究可以以斑马鱼为样本进行研究，这样就很容易做到了，部分是因为斑马鱼是透明的。而且斑马鱼繁殖迅速，饲养费用低廉，并且只有两三厘米那么长，研究者只需在水中加入化学物质就可以进行药物测试。
Leung 表示：“因为斑马鱼的神经信号本质上和我们人类的相同，我们可以利用研究斑马鱼得到的信息为临床药物试验提供新线索。”他还补充说，一般研究常用小白鼠作为代替人体试验的动物，不过就睡眠来说，小白鼠是夜行性动物，与人类相似性比较低。
而斑马鱼和人类一样是昼行性动物，所以从某种程度来说，或许以其代替人类作为研究睡眠的实验样本，在生物学上更准确。”
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1336-7
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