为什么动物睡觉？为什么人类在生命中“浪费”1/3？在整个进化过程中，睡眠对所有具有神经系统的生物都是普遍和必不可少的，包括无脊椎动物，如苍蝇，蠕虫，甚至水母。但动物睡眠的原因 – 尽管掠食者持续威胁 – 仍然是一个谜，并被认为是生命科学中最大的未解答的问题。
在今天发表在Nature Communications杂志上的一项新研究中，以色列Bar-Ilan大学的研究人员揭示了一种新颖且意想不到的睡眠功能，他们认为这可以解释睡眠和睡眠障碍如何影响大脑表现，衰老和各种脑部疾病。
活体斑马鱼中染色体动态（红色）和神经元活动（绿色）的同时成像。 图片来源：David Zada
在活体斑马鱼中使用3D延时成像技术，研究人员能够在单个染色体分辨率中定义睡眠，并首次显示单个神经元需要睡眠才能进行核保养。
DNA损伤可能由许多过程引起，包括辐射，氧化应激，甚至神经元活动。每个细胞内的DNA修复系统可以纠正这种损伤。目前的研究表明，在清醒过程中，当染色体动力学较低时，DNA损伤会不断累积并达到不安全水平。
睡眠的作用是增加染色体动态，并使每个神经元中DNA损伤的水平正常化。显然，这种DNA维持过程在在线觉醒期间效率不高，并且需要离线睡眠期，减少大脑输入才能发生。“这就像路上的坑洼，”Bar-Ilan大学的Mina和Everard Goodman生命科学学院和Gonda（Goldschmied）多学科脑研究中心的Lior Appelbaum教授说。“道路积累磨损，特别是在白天的高峰时段，在交通畅通的情况下，夜间修理它们是最方便和最有效的。”
Appelbaum称DNA损伤的累积是“清醒的代价”。他和他的博士生David Zada，该研究的第一作者，以及共同作者，Tali Lerer-Goldshtein博士，Irina Bronshtein博士和Yuval Garini教授，假设睡眠巩固并同步个体神经元内的核维持并着手确认这一理论。
由于斑马鱼模型的特点，他们的发现得以实现。凭借其绝对的透明度和与人类非常相似的大脑，斑马鱼是一种完美的生物体，可以在生理条件下研究活体动物体内的单细胞。使用高分辨率显微镜，可以在鱼清醒和睡眠时观察细胞内DNA和核蛋白在鱼体内的运动。研究人员特别惊讶地发现，染色体在晚上，当身体休息时更加活跃，但这种增加的活动使得修复DNA的效率更高。
结果确定染色体动力学作为定义单个睡眠细胞的潜在标志物，并提出睡眠的恢复功能是核保持。“我们发现睡眠，染色体动力学，神经元活动，DNA损伤和修复之间存在因果关系，与整个生物体有直接的生理相关性，”Appelbaum教授说。“睡眠有助于减少清醒过程中大脑中累积的DNA损伤。”
“尽管存在对环境意识降低的风险，但从水母到斑马鱼到人类的动物必须睡觉才能使神经元进行有效的DNA维护，这可能是睡眠进化的原因，也是如此在动物王国，“Appelbaum教授总结道。
来源：Bar-Ilan大学