為什么動(dòng)物會(huì )睡覺(jué)？為什么人類(lèi)會(huì )“浪費”三分之一的時(shí)間睡覺(jué)？在整個(gè)進(jìn)化過(guò)程中，睡眠對所有神經(jīng)系統的生物而言，都是不可或缺的。即便是無(wú)脊椎動(dòng)物像是蒼蠅、蠕蟲(chóng)甚至是水母也是如此。動(dòng)物為何睡覺(jué)？這被認為是生命科學(xué)中最重要的未解問(wèn)題之一，時(shí)至今日依舊是個(gè)未解之謎。
如今，以色列巴伊蘭大學(xué)的研究人員揭示了一種新的意想不到的睡眠功能，它可以解釋睡眠和睡眠障礙如何影響大腦性能、衰老和各種大腦疾病。研究成果發(fā)布在《Nature Communications》雜志上，該研究利用活體斑馬魚(yú)的3D延時(shí)成像技術(shù)，研究人員用單染色體分辨率來(lái)定義睡眠，并首次證明單個(gè)神經(jīng)元需要睡眠來(lái)進(jìn)行核維持。
DNA損傷可以由許多過(guò)程引起，包括輻射、氧化應激，甚至神經(jīng)元活動(dòng)。每個(gè)細胞內的DNA修復系統可以修復這種損傷。目前的研究表明，在清醒時(shí)當染色體動(dòng)力學(xué)較低，DNA損傷會(huì )不斷累積并達到不安全水平。睡眠的作用是增加染色體動(dòng)態(tài)，使每個(gè)神經(jīng)元中DNA損傷的水平正?；?。顯然，這種DNA維持過(guò)程在清醒期間效率不高，需要睡眠，減少大腦輸入才能發(fā)生。
“這就像路上的坑洞，道路會(huì )積累磨損，特別是在白天的高峰時(shí)段，在夜間交通稀少的時(shí)候修路才是最方便和最有效的。”巴伊蘭大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授Lior Appelbaum說(shuō)道。
Appelbaum教授把DNA損傷的積累稱(chēng)之為“清醒的代價(jià)”，他和他的研究伙伴們假設，睡眠可以鞏固和同步單個(gè)神經(jīng)元的核維持，并著(zhù)手證實(shí)這一理論。
研究人員利用高分辨率顯微鏡，在斑馬魚(yú)清醒和睡眠狀態(tài)時(shí)，可以在體內觀(guān)察細胞內DNA和核蛋白的運動(dòng)。研究人員驚訝地發(fā)現，當身體休息的時(shí)候，染色體夜間更活躍，就是這種增加的活性使修復DNA損傷的效率得以提高。
研究結果表明，染色體動(dòng)力學(xué)可以作為確定單個(gè)睡眠細胞的潛在標志，并提出睡眠的恢復功能是核維持。 “我們發(fā)現了睡眠、染色體動(dòng)力學(xué)、神經(jīng)元活動(dòng)、DNA損傷和修復與整個(gè)生物體有直接的生理相關(guān)性。睡眠有助于減少清醒時(shí)大腦中積累的DNA損傷。” Appelbaum教授說(shuō)。
Appelbaum教授總結說(shuō)：“盡管存在對環(huán)境意識降低的風(fēng)險，但動(dòng)物必須睡眠讓其神經(jīng)元執行有效的DNA維護，這可能是睡眠在動(dòng)物界進(jìn)化和如此保守的原因。”
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