生物界从何时进化出睡眠的？ 第1页

目前可以观测到类似睡眠状态的最原始生物是线虫，全称秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans, C.elegans)，线虫在生命学科的科研里有着和小白鼠一样的地位，甚至比小白鼠更受科研工作者青睐。线虫雌雄同体，成年线虫大概 1 mm 长，需要在显微镜下观察它的状态。线虫平均寿命两到三周，在每次蜕皮前会进入 lethargus phase (专有名词，lethargus 昏睡病)，这也暗示了睡眠可能和发育过程有关。

而且对线虫的研究表明，睡眠和神经系统的可塑性有关 [1]。

▲ 秀丽隐杆线虫 C.elegans

注意我用词是类似睡眠状态，这里就有一个问题，如何定义睡眠呢？

鸟类还有哺乳动物可以通过监测脑电波判断睡着还是醒着，而对于更普遍的其他动物，睡眠是一种有别于清醒的状态，肌肉紧张下降，对外界刺激不敏感的状态，对于每一类动物可能还有其他的特征，比如脑电波和眼动，采取固定姿势，有栖身之地，但动物的睡眠通常都是以 24 小时为周期重复出现。

鱼类的睡眠

相比于鸟类和哺乳动物，鱼既没有能闭上眼睛的眼睑也没有供监测脑电波的大脑新皮质，而且有的鱼一直游啊游啊，所以就有人怀疑它们永远不睡觉 [2]，和尚用的木鱼就是因为“鱼日夜不合目”。

但如果鱼类保持静止并且对外界刺激反应迟钝，我们就认为它在睡觉，并且这种状态是不是以 24 小时为周期也是一个很重要的判断标准。

▲ 地图鱼在睡觉时眼珠上翻

为了避免被和谐，略过两栖类动物。

爬行类的睡眠

已经可以通过脑电图监测到爬行动物的睡眠，2016 年《科学》杂志上的一篇论文，研究人员在鬃狮蜥监测到类似于哺乳动物不同睡眠阶段的脑电波 [3]。

【鸟类和哺乳类动物睡眠的都可分为非快速眼动睡眠期和快速眼动睡眠期，NREM 包括了深度睡眠阶段，不同睡眠阶段脑电波频率明显差异，对于睡眠监测有兴趣的可以看看睡眠话题下的其他内容】

▲ 鬃狮蜥 Pogona vitticeps

鸟类的睡眠

鸟类的睡眠很有意思，它们可以大脑两个半球交替睡觉，左半球睡觉时右眼就闭上，右半球睡觉时左眼闭上，这样就可以有效避免捕食者的攻击 [4]。所以理论上说鸟是可以边飞边睡觉的，但对于科学家来说，鸟在飞翔的时候没有办法监测脑电波…

▲ 火烈鸟睡觉时一只眼睁开

而鸟类大脑两个半球的睡眠分配也是根据清醒时的活动，哪半球用的多哪半球休息的时间也多。

哺乳动物的睡眠

▲ 不同哺乳动物的睡眠时间（24 小时）

上一张图可以看出，草食动物的睡眠时间很少，马一天睡觉不到 3 小时，但是马在不睡觉的多数时候也是处于昏昏欲睡的状态。而人类在杂食动物中睡眠时间也相对较少，肉食动物睡眠时间较长，印象中猫夜里目光如炬，但是它随时可以睡觉，一天中睡眠时间的分布也很均匀，而不像人类一天只睡一到两次。

▲ 棕色鼠耳蝠一天睡眠时间达到 20 小时

而如果是以 24 小时为周期的代谢循环，目前观测到的最原始生物是蓝细菌。植物的 24 小时生物钟更容易观察，比如可能我们都学过的光合作用和呼吸作用…含羞草每天黎明张开叶子，傍晚又闭合叶子，你会觉得它在睡觉吗？

目前我们主要通过大脑活动判断生物体是否处于睡眠状态，而睡眠也可以影响神经系统，所以植物和动物还不能一概而论。

那什么时候进化出睡眠？

最开始提到的线虫已经是有上千个细胞的复杂动物了，研究线虫也因为它是生物实验室常见的实验动物，也许更原始的动物就已经出现了这种类似睡眠的状态。

而如果从脑电波来看，到了爬行动物才勉强够格算得上拥有睡眠。

对于褪黑素基因的研究表明，编码褪黑素的基因可以追溯到 7 亿年前 [5]，褪黑素与生物钟有密切关系，但是也不能作为判断睡眠的标准。

这个问题之所以让人困惑，因为我们还不完全清楚睡眠对每一级生物的意义，如果这些都清楚了，也许就可以回答单细胞生物有没有睡眠。

参考文献

[1] Raizen, David M., et al. "Lethargus is a Caenorhabditis elegans sleep-like state." Nature

(2008): 569-572.

[2] Kavanau, J. Lee. "Vertebrates that never sleep: implications for sleep’s basic function." Brain research bulletin 46.4 (1998): 269-279.

[3] Shein-Idelson, Mark, et al. "Slow waves, sharp waves, ripples, and REM in sleeping dragons." Science

(2016): 590-595.

[4] Rattenborg, Neils C., Charles J. Amlaner, and Steven L. Lima. "Behavioral, neurophysiological and evolutionary perspectives on unihemispheric sleep." Neuroscience & Biobehavioral Reviews 24.8 (2000): 817-842.

[5] Tosches, Maria Antonietta, et al. "Melatonin signaling controls circadian swimming behavior in marine zooplankton." Cell 159.1 (2014): 46-57.

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