彼らはいびきをかきませんし、夢も見ません。しかし、クラゲとイソギンチャクは、神経系を備えた最も初期の生物の中で、数億年前に睡眠の中核機能の 1 つを最初に示しました。
バルイラン大学の生命科学部と学際的脳研究センターによる画期的な新しい研究が、権威ある雑誌に発表されました。 ネイチャーコミュニケーションズ 「DNA損傷は、多様なクロノタイプを持つ基底刺胞動物の睡眠衝動を調節する」というタイトルで。
「睡眠は進化的に保存されたプロセスであり、動物の生存にとって不可欠です。睡眠障害は一般大衆の多くに影響を及ぼし、大きな健康負担となっています。睡眠が脳のパフォーマンスを向上させることは明らかですが、睡眠の機能は不明です」とアップルバウム氏はインタビューで述べた。 エルサレム・ポスト。
研究チームは、なぜ睡眠が進化したのかを知りたいと考えていました。 「私たちは、一部の生物では脳全体だけでなく、単一のニューロンさえも関与していると考えました。どちらも細胞の維持を必要とするため、神経系を持った最も初期の生物に焦点を当てました」と彼は述べた。
暗闇の中で活動するアンモネ Nematostella Vectensis。 (クレジット: ラファエル・アギロン)
「睡眠は学習や記憶力の向上だけでなく、ニューロンを健康に保つためにも重要です。チームは逆さクラゲ（カシオペア・アンドロメダ）とイソギンチャク（スターレットイソギンチャク・ネマトステラ・ヴェクテンシス）を研究したクラゲに見られるニューロンを維持しようとする進化の衝動が、おそらく睡眠が進化し、今日の人類にとって不可欠である理由の1つです」とアッペルバウム氏は述べた。
古代の動物系統における睡眠パターンの特徴
今回の研究では、アッペルバウム研究室とレヴィ研究室のラファエル・アギロン博士、アミール・ハルドゥフ博士、および同僚らは、2つの古代の動物系統の睡眠パターンを定義し、特徴づけた。すなわち、夜に眠り、正午に短時間昼寝をする昼行性の共生クラゲと、日の出前に眠り、日の前半に眠る「薄明薄明」イソギンチャクである。
DNA 損傷は、ニューロンの活動、酸化ストレス、代謝、放射線など、さまざまな原因から発生する可能性があります。細胞修復システムはこれらの DNA 切断を修復して「ゲノム損傷」を回避します。 [mutations in genetic material from internal or external factors] 失敗すると老化、がん、病気につながります。これらは、単一の DNA 損傷から、細胞機能や全体的な健康に影響を与える大きな染色体変化まで多岐にわたります。ニューロンは独自の非分裂性興奮性細胞であるため、DNA と細胞の維持を促進するために睡眠を必要とする場合があります。
「我々の研究結果は、神経細胞のDNA損傷を軽減する睡眠の能力が、神経系をもつ最も単純な動物の一つにすでに存在する祖先的特質であることを示唆している」と、BIU生命科学部分子神経科学研究室の主任研究員であるアッペルバウム氏は述べた。 「睡眠はもともと、ニューロンを維持するための統合された期間を提供するために進化した可能性があります。この機能は非常に基本的な機能であるため、動物界全体で保存されてきた可能性があります。」動物を目覚めさせたままにし、DNA損傷が増加すると、その後の睡眠時間が長くなりました。睡眠リバウンドとして知られるこの行動により、DNA損傷レベルの軽減だけでなく回復も可能になりました。
このメカニズムをこれらの古代の動物にまで遡ることで、「DNA損傷や細胞ストレスからニューロンを保護することは、複雑な脳が進化するずっと前から始まった、睡眠の基本的な古代の機能であることがわかりました」と彼は続けた。
「私たちは睡眠を特徴づけ、睡眠遺伝子のクローンを作成し、睡眠回路を視覚化し、睡眠障害のゼブラフィッシュモデルを確立しました」と彼は続けた。
脳は 24 時間体制で自己修復を行っていますが、覚醒中に蓄積した細胞ストレスを軽減するにはオフライン期間が必要であるようです。睡眠スケジュールが定期的に変化し、時々夜に眠ったり、日中に別の時間に眠ったりすると、神経細胞の健康に影響を与える可能性があります。慢性的に睡眠時間が短すぎる人（一晩に何度も呼吸が止まる閉塞性睡眠時無呼吸症候群に苦しむ人も含む）は、パーキンソン病やアルツハイマー病などの神経損傷のリスクを高める可能性があります。
種ごとに必要な睡眠時間は異なります
種ごとに必要な睡眠時間は異なります。 「コアラや犬はもっと必要です。ほとんどの鳥は眠って脳を休めますが、アマツバメ、マガモ、一部のシギなどの渡り鳥は脳の半分を使って寝ることができます。これにより、片方の半球を休ませ、もう一方の半球は片目を開けて警戒を続けることができます」とアップルバウム氏は説明した。 「これは、長い移動と継続的な飛行に不可欠です。イルカやアシカなどの海洋哺乳類もこれを行います。なぜなら、脳が完全に休まなければならない場合、呼吸できなくなり、溺れてしまうからです。」
レヴィ氏の研究室は長年、紅海由来のクラゲや米国産のイソギンチャクを大量に飼育してきた。彼と彼のチームは、サンゴ礁とサンゴ礁の再生、光害、体内時計、睡眠障害、共生の研究に重点を置いています。今後を見据えて、ニューロンを持たず、クラゲやイソギンチャクよりもさらに古い海綿動物やその他の生物を研究して、それらが眠っているのかどうかを確認したいとレビー氏は述べた。
この研究ではまた、紫外線や酸に損傷を与える化学物質への曝露によるDNA損傷の増加が、両種において回復睡眠の引き金となることも示した。逆に、メラトニンホルモンで睡眠を促進すると、DNA損傷が減少しました。これらの発見は、そのような損傷が睡眠の必要性を高め、睡眠が損傷の軽減を促進するという双方向の関係を明らかにし、日常の細胞ストレスやDNA損傷からニューロンを保護することが睡眠の進化の原動力であった可能性を示唆している。
#BIUのクラゲ研究で睡眠の根本的な要因が明らかに