问题

为什么绝大部分生物都要睡觉呢?

回答
睡眠,对于绝大多数生物来说,就像吃饭喝水一样,是生存下去不可或缺的一部分。你有没有想过,为什么我们人类一天要花掉三分之一的时间在“无所事事”的睡觉上?为什么小到一只苍蝇,大到一头大象,似乎都在以自己的方式“休息”?这背后藏着生物学上极其精妙的机制和重要的意义。

睡眠的根本需求:身体和大脑的“维护日”

你可以把睡眠想象成生物体进行一次大规模的“系统维护”。在我们清醒的时候,身体和大脑都在不停地运转,处理外界信息,进行各种生理活动。这个过程会产生“损耗”,并且会积累一些“废物”。睡眠,就是身体给自己一个“关机休息”的时间,来完成这些至关重要的维护工作。

身体的修复与生长: 在睡眠中,我们的身体会进行细胞的修复和再生。特别是在深度睡眠阶段,身体会释放生长激素,这对于儿童的生长发育至关重要,对成年人来说,也是修复肌肉损伤、增强免疫力的关键时期。当你受伤或者生病时,你会发现自己更加渴望睡眠,这就是身体在利用睡眠来加速恢复的过程。

大脑的“垃圾清理”与信息整理: 睡眠对大脑来说尤其重要。在清醒时,大脑会不断接收和处理海量的信息,一些无用的信息会堆积,一些重要的信息需要被巩固。科学家们发现,在睡眠期间,大脑的胶质细胞会更加活跃,它们会清除白天代谢产生的有毒蛋白质,比如与阿尔茨海默病相关的β淀粉样蛋白。同时,睡眠也是记忆巩固和学习的关键时期。你可能睡前学习了一个新知识,睡一觉醒来感觉掌握得更好了,这就是大脑在睡眠中将短期记忆转化为长期记忆,并进行信息重组和优化的结果。

能量的储存与恢复: 虽然我们睡着了,但身体的很多基本功能仍在进行,比如呼吸、心跳。但相比清醒时,睡眠状态下身体的能量消耗会大大降低。这使得身体有更多的能量用于基础代谢和修复工作,也为下一天的活动储存能量。想想看,如果你一整天不睡觉,你会感到多么的疲惫和精力不济,这就是身体能量储备不足的表现。

睡眠的多样性:适应环境的智慧

虽然绝大多数生物都需要睡眠,但“如何睡”和“睡多久”却千差万别,这反映了生物们为了适应各自的生存环境而演化出的独特智慧。

不同物种的睡眠时间: 你可能知道猫一天可以睡1216个小时,而马匹一天只需要睡24个小时。这是因为它们的生活方式和生存压力不同。食草动物,如马,它们是潜在的猎物,需要保持警惕,所以它们采取的是“碎片化睡眠”,随时可能起身逃跑。而肉食动物,如狮子,它们不需要时刻提防捕食者,所以可以长时间熟睡,以恢复体力。人类作为一种相对较晚出现的物种,我们的睡眠时间在1830岁之间一般是79小时,这与我们复杂的大脑活动和社会生活需求是相匹配的。

单半球睡眠(海豚和鲸鱼): 这是睡眠世界里最令人惊叹的现象之一。海豚和鲸鱼在水中生活,需要不断游动来呼吸和避免溺水。所以,它们演化出了“单半球睡眠”的能力,也就是说,它们的大脑可以左右半球轮流休息。当一个半球在睡觉时,另一个半球仍然保持警觉,控制身体的运动和呼吸。这样,它们既能获得休息,又能保证基本的生存需求。

睡眠姿势的多样性: 从鸟类站在一根树枝上就能睡着,到蝙蝠倒挂在天花板上,再到我们人类躺在床上,各种各样的睡眠姿势都是为了在保证安全、节省能量和适应环境的前提下获得最佳的休息效果。鸟类能站立睡眠,是因为它们有特殊的肌腱结构,当它们弯曲腿部时,肌腱会自动收紧,让爪子抓牢树枝,无需费力。

为什么不睡觉会出问题?

长期剥夺睡眠对几乎所有生物来说都是致命的。即使是我们人类,长时间不睡觉也会导致:

认知能力下降: 注意力不集中、记忆力减退、判断力失误。
情绪不稳定: 易怒、焦虑、抑郁。
免疫力低下: 更容易生病。
身体机能紊乱: 影响新陈代谢、内分泌系统,甚至可能导致死亡。

对于其他生物,睡眠剥夺可能意味着无法正常捕食、躲避捕食者,最终导致死亡。

最后想说的是

睡眠不仅仅是一种休息,更是生物体内一系列复杂而重要的生理过程的集合。它关乎着身体的修复、大脑的健康、能量的恢复以及对环境的适应。正是因为睡眠如此重要,自然选择才使得绝大多数生物都演化出了各自独特的睡眠模式,以确保生命的延续和种族的繁衍。下次当你躺在床上准备入睡时,不妨想想,你正在参与着一个比你想象中更宏大、更古老、也更不可或缺的生命仪式。

网友意见

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“睡觉”指“周期性进入类似昏迷的状态”的话,地球上大部分生物个体是细菌、古菌,大部分生物量是植物,它们并不睡觉。真菌、色藻、其它真核单细胞生物、各种非细胞生物也没有睡觉这回事。

动物的昼夜节律并不都含有“周期性昏迷”,也不是所有动物都有昼夜节律。对动物来说,睡眠到底有什么用在很大程度上仍是未知的,似乎涉及神经元 DNA 损伤的修复、脑和肠道的代谢废物清理。

不过,昆虫有活动-休息的周期化,可以根据心率、身体位置、肌肉活动等判断昆虫是否进入蛰伏状态[1],阻止该状态也有类似睡眠剥夺的各种效应,可以说是类似睡眠的行为。你可以说那也算“睡觉”,或者干脆称之为睡眠。

“按照自己的体能和饮食状况进行休息”“对应光照·气温·捕食者和食物的活动状况产生的活动-休息周期化”大概可以解释睡眠的部分成因。

人在睡眠时清除脑脊液里的代谢废物、在睡眠时对新形成的突触连接进行剪枝,每天睡几个小时对人脑正常运转来说是必要的。但是,许多动物在清醒状态就能执行这些,或是没有这样的脑。

有肠道的动物似乎在类似睡眠的状态清理肠道中的活性氧。这可能是睡眠剥夺致死的主要原因(后详)。

目前人类观察到的“身体结构最简单的”有类似睡眠的行为(活动-休息周期)的动物是秀丽隐杆线虫。

水螅纲、多孔动物、绦虫之类内寄生虫有昼夜节律,夜间的休息可以说是“睡觉”或其类似物。

变形虫、锥虫、疟原虫等曾经被称为“原生动物”的单细胞生物不进行睡眠,不过疟原虫也有昼夜节律。

看起来应该和人类分开没有几千万年、大抵需要睡眠的海豹里就有每天只需要睡几分钟的物种,睡眠时间跟神经系统简单得多的工蚁都差不多。海豚的“两个脑半球轮换休息”并不算是效率多么高的系统。

冬眠/夏眠等休眠并不是睡眠。冬眠的动物醒来之后,经常表现出睡眠剥夺所致的反弹嗜睡


2020 年,美国哈佛医学院的神经科学家发现了睡眠不足致死的因果关系。相关研究结果发表在 6 月 4 日的《Cell》杂志上。

研究人员发现,睡眠不足会导致果蝇和小鼠肠道中的活性氧分子积累,触发氧化应激。通过口服褪黑素、硫辛酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸等药物的方法清除果蝇肠道内的活性氧分子之后,长期熬夜的果蝇的寿命与保持正常睡眠的果蝇没有差异。通过基因调控以在果蝇肠道中产生过量抗氧化酶也能产生一样的效果。这些方法都不会延长正常睡眠的果蝇的寿命。

人类的慢性睡眠不足与心脏病、2 型糖尿病、癌症、肥胖症、抑郁症等诸多疾病有关,科学家们长期研究睡眠,但大多数研究工作集中在大脑上,一直没有决定性的结果。此研究的作者、神经生物学副教授 Dragana Rogulja 说:“我们惊讶地发现肠道在导致死亡的过程中起着重要作用。更让人惊讶的是,睡眠不足导致的过早死亡是可以避免的。”

参考

  1. ^ 运动减弱、保持特定的姿势、对外界刺激反应减弱、快速恢复性(容易被打断,回归觉醒状态)、对睡眠剥夺的反弹、稳态控制

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