睡觉关于咱们人类来说是极端往常的一件事——人的终身大约三分之一的时刻都在睡觉中度过。可是关于那些在大自然中日子的野生动物来说，睡觉却可能是件风险的工作。睡觉的时分，机体对外界影响的敏感度下降，也就意味着对风险的警觉性下降，这关于野生动物可能是丧命的。
睡觉对野生动物来说可能是件风险的工作 | Pixabay
那为什么机体对睡觉的需求并没有被“筛选”，反而存在于地球上简直一切生物中呢？最近，来自以色列的Lior及其研讨团队提出，睡觉有可能是咱们大脑坚持清醒的价值，并在斑马鱼上找到了支撑这个假说的依据[1]。
被选中的斑马鱼
你或许会问，科学家们为什么要用斑马鱼做研讨目标呢？其实，斑马鱼是一种典型的“形式生物”（被科学家们广泛研讨， 用来提醒具有普遍规律生命现象的机制的生物）。他们全身通明，因而科学家们能够调查正常生理状况下活斑马鱼（不必宰了再看）的神经元改变。一起，斑马鱼大脑的结构与人类非常相似，得到的研讨定论关于了解人类大脑的相关机制也具有参考价值。
斑马鱼幼体（左）以及4种常见的不同变异的斑马鱼成体。（成体从左往右、从上到下分别为野生型、豹纹型、白化型以及长鳍型，试验中最常见的是野生型）| 参考文献[2]
关于哺乳动物来说，是不是处于睡觉状况很简单判别（扫除装睡）——长时刻闭眼、简直一动不动、一些响声也无法将其唤醒。
那么，怎么判别鱼类是否在睡觉呢？这可难不倒脑洞大、执行力强的科学家们。早在多年前，科学家们现已树立起了斑马鱼行为学调查体系，经过调查斑马鱼的行为，对它们的睡觉状况进行了界说：睡觉中的斑马鱼运动量下降（不动的时刻超越1分钟），一起对外界的影响反响更慢（科学家们称之为“睡觉引发阈值更高”）。经过调查和记载斑马鱼的活动状况，科学家们就能知道它们究竟是处于“睡觉”仍是在“清醒”的状况[3]。
Lior团队经过调查斑马鱼的睡觉行为，发现了睡觉关于大脑不行代替的重要效果。
清醒时DNA会不断受损
在介绍睡觉的效果前，先告知咱们一个可怕的现实：在咱们清醒的时分，大脑神经元会不断堆集DNA损害。这些DNA损害是哪来的呢？其实，许多要素都能够形成神经元DNA损害，比方电离辐射、核酶，还有咱们的“老朋友”氧自由基，乃至正常的神经元生理活动也会形成DNA损害。举个栗子，一只小老鼠在天性的唆使下探究新环境的时分，也会形成神经元DNA损害[4]。
清醒时大脑神经元会不断堆集DNA损害 | Pixabay
那么，神经元的DNA损害会这样一向堆集下去吗？Lior团队发现，斑马鱼在“清醒”的时分，会很多堆集损害DNA，可是到了晚上“睡觉”的时分，堆集的DNA损害便会很多消失。这就阐明，这些损害的DNA得到了铲除，那么，究竟是什么在铲除这些DNA损害呢？
白日的DNA损害水平（赤色）比晚上高 | 参考文献[1]
依据之前的研讨发现，一些染色体动力学活动（例如染色质编列）和很多生物节律相关基因的表达有关[5]。研讨者们脑洞大开，以为DNA损害和染色体脱不了联系，所以他们规划了一系列试验，验证了睡觉、DNA损害和染色体动力学之间的联系。
清醒需求支付“价值”
Lior团队发现，斑马鱼神经元染色体在晚上会更活泼，而在失眠（被人为掠夺睡觉）四小时的晚上，神经元染色体的动力学水平骤降。别的，在“被逼睡觉”（褪黑素处理）三小时的白日，斑马鱼神经元染色体动力学水平显着上升。这些研讨成果表明，睡觉确实与斑马鱼神经元染色体动力学水平相关。
研讨者们还调查比较了DNA损害及染色体动力学水平在昼夜节律中的改变，发现两者呈相反的改变趋势——也便是DNA损害在白日不断堆集，晚上逐步下降；而染色体动力学水平在白日较低，晚上剧烈进步。这也证明了DNA损害堆集与染色体动力学水平的相关性。
为了进一步研讨睡觉、DNA损害和染色体动力学之间的因果联系，Lior团队进行了接下来的试验（持续折腾这些斑马鱼）。
DNA损害水平以及染色体动力学水平呈相反的改变趋势（图中橘线是染色体动力学水平，蓝线是DNA损害水平） | 参考文献[1]
首要，他们扫除了因为神经元活动升高直接引起染色体动力学水平下降的可能性。在DNA损害水平最低的时段（晚上），他们经过某种化合物按捺神经元活动。成果表明，即使神经元活动下降了，染色体仍是该干啥干啥，动力学水平并没有任何改变。这阐明神经元活动并没有直接引起染色体动力学水平的改变。
接下来，Lior团队开端跃跃欲试地验证睡觉、DNA损害和染色体动力学水平之间的直接联系。他们想到一个很好（损）的方法（斑马鱼：放过我吧……）：向斑马鱼日子的鱼缸中增加会导致DNA双链断裂的化合物依托泊苷（etoposide, ETO），一起调查斑马鱼染色体动力学水平、DNA损害和睡觉的状况。
他们发现，在白日加药两个小时后，斑马鱼的DNA损害水平显着进步，但睡觉时刻和染色体动力学水平并没有显着的改变；撤走ETO后一小时后，斑马鱼的睡觉时刻开端增加，而染色体动力学水平却没有显着的改变；在斑马鱼的睡觉时刻增加一小时后，染色体动力学水平进步了两倍，DNA损害水平显着下降。而在晚上增加ETO，会引起斑马鱼额定的DNA损害，而且染色体动力学水平呈现显着的下降。这阐明，神经元DNA损害与染色体动力学水平的进步并不是一起发生的。白日引起的DNA损害堆集到必定程度会诱导斑马鱼进入睡觉状况，而睡觉会引起染色体动力学水平的进步，然后导致DNA损害水平逐渐下降。
Lori团队提出的睡觉效果机制：清醒状况下（天平左边），DNA损害（DSBs）不断堆集（黄色标示增多），染色体动力学水平（chromosome dynamics）低（蓝色曲线长度改变小）；睡觉状况下（天平右侧），染色体动力学水平升高（蓝色曲线长度变长），DNA损害水平下降（黄色标示削减） | 参考文献[1]
这就比如咱们日子中门庭若市的路途，白日车比晚上多，马路遭到的磨损也更多，而修正马路的最佳时刻是车少的晚上相同。睡觉关于大脑（路途）有利，是因为睡觉时染色体动力学水平进步（筑路），而这种动态水平的进步是白日堆集的DNA损害（磨损）铲除的必要要素[1]。
尽管，相同的状况并未发生在神经元以外的细胞里（如表皮细胞和施万细胞），但这也足以表现了睡觉关于咱们大脑的重要效果——睡觉可能是补偿咱们清醒时用大脑进行各种活动支付的“价值”，睡觉不足的成果有可能是丧命的。
这样看来，在感到疲乏的时分，“补觉”仍是很有必要的（好像又给赖床找到了一个适宜的理由呢）。
参考文献：
[1]Zada, D., et al., Sleep increases chromosome dynamics to enable reduction of accumulating DNA damage in single neurons. Nature communications, 2019. 10(1): p. 895-895.
[2]Kalueff, A.V., A.M. Stewart, and R. Gerlai, Zebrafish as an emerging model for studying complex brain disorders. Trends in pharmacological sciences, 2014. 35(2): p. 63-75.
[3]Yokogawa, T., et al., Characterization of sleep in zebrafish and insomnia in hypocretin receptor mutants. PLoS Biol, 2007. 5(10): p. e277.
[4]Suberbielle, E., et al., Physiologic brain activity causes DNA double-strand breaks in neurons, with exacerbation by amyloid-beta. Nat Neurosci, 2013. 16(5): p. 613-21.
[5]Lieber, M.R., The mechanism of double-strand DNA break repair by the nonhomologous DNA end-joining pathway. Annu Rev Biochem, 2010. 79: p. 181-211.
作者：喵奴·Cathy
修改：Ceo、Yuki
排版：凝音
果壳
ID：Guokr42
整天不知道在科普些啥玩意儿的果壳
我觉得你应该重视一下
当你身心疲乏的时分，除了睡觉，还有什么好方法？
扫描下面的二维码，授权进入果壳粉丝VIP社群吧！
AI和搭档们等你来玩哦~
