为什么要睡觉看科学家给出的解释中国生物

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动物为什么要睡觉？我们为什么要把三分之一的生命“浪费”在睡觉上？这个问题被认为是生命科学中最重要的未解之谜。揭开这一谜团也已成了炙手可热的研究课题。

已知睡眠对于所有有神经系统的生物，包括无脊椎动物，如苍蝇、蠕虫，甚至是水母，都是普遍和必不可少的行为。

发表在《NatureCommunications》上的一项研究中，以色列巴伊兰大学的研究人员揭示了一种意想不到的睡眠功能。他们认为这一发现可以解释睡眠和睡眠障碍是如何影响大脑能力、衰老以及各种脑部疾病。研究人员通过使用活体斑马鱼的3D延时成像技术以单染色体分辨率定义睡眠，并首次证实单个神经元也需要睡眠才能够维持细胞核。

活体斑马鱼的单个神经元（虚线框内的红色）中的染色体动力学。图片来源：DavidZada

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。正常情况下，细胞内的DNA修复系统会修复这种损伤。目前的研究表明，在清醒时，染色体活性（染色体动力学）较低，DNA损伤会持续积累，甚至达到不安全的水平。

睡眠的作用是增加染色体活性，使每个神经元中的DNA损伤恢复正常水平。显然，这种DNA维持过程在“在线”的清醒阶段是不够高效的，需要在减少大脑输入的“离线”睡眠阶段才能发生。

研究通讯作者、巴伊兰大学生命科学学院以及Gonda多学科大脑研究中心的LiorAppelbaum教授说：“DNA损伤有点像路上凹陷不平的坑。道路不断积累磨损，尤其是在白天交通高峰的时候，而最合适且最有效的修复时间是在夜里，因为此时交通流量稀少。”

活体斑马鱼体内染色体动力学（红色）和神经元活动（绿色）。图片来源：DavidZada

Appelbaum将DNA损伤的积累称为“清醒的代价”。他和他的博士生、该研究的第一作者DavidZada推测睡眠能够巩固和同步单个神经元中的核维持，并决定着手验证这一理论。

他们取得的这项发现要归功于斑马鱼模型的特征。因为它的身体是透明的，且大脑结构与人类非常相似，所以斑马鱼是在生理条件下研究活体动物单细胞的理想生物体。通过高分辨率显微镜，研究人员可以在斑马鱼清醒和睡眠的时候观察到细胞内DNA和核蛋白的运动。研究人员惊讶地发现，染色体在夜间身体处于休息时更加活跃，这种增加的动力学使修复DNA损伤的效率更高。

结果表明，染色体运动学是定义单个睡眠细胞的潜在标志物，而睡眠的恢复功能就是核维持。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。睡眠恰恰提供了一个减少清醒时大脑DNA损伤的机会。”

Appelbaum教授总结说：“尽管存在对环境意识降低的风险，但动物必须睡觉以使其神经元能够进行有效的DNA维持，而这可能就是睡眠在演化过程中一直被保留在动物王国中的原因。”

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