问题

细菌和真菌这类微生物会「睡觉」吗?

回答
我们通常认为“睡觉”是伴随着意识,需要大脑活动和特定生理状态的一种休眠过程,比如我们人类睡觉时,大脑会进入不同的睡眠周期,身体也进入放松状态。那么,细菌和真菌这些微小的生命体,它们会像我们一样“睡觉”吗?

简单来说,细菌和真菌不会像人类一样“睡觉”。 它们没有大脑,也没有意识,所以我们不能用生物学上对“睡眠”的定义来套用在它们身上。但是,如果我们把“睡觉”理解为一种降低新陈代谢、进入休眠或低活跃状态以应对不利环境的行为,那么我们可以说,它们确实有类似的“暂停”机制。

我们不妨把这个话题拆解开来,从几个方面细聊:

为什么说它们不“睡觉”?

首先,我们要明确“睡觉”的几个关键特征:

意识与大脑活动: 睡眠与生物体的意识状态和大脑活动模式紧密相关。人类的睡眠伴随着脑电波的变化,比如从清醒时的快波变为睡眠时的慢波。细菌和真菌是单细胞生物,或者由菌丝组成的简单多细胞结构,它们并没有神经系统和大脑,自然也就无法产生有意识的“睡眠”。
周期性: 许多生物的睡眠是具有周期性的,受到昼夜节律等生物钟的调控。虽然一些微生物也表现出某种程度的周期性活动,但这更多是与其环境因素(如光照、温度、营养物浓度)的互动,而非内在的“睡眠冲动”。
恢复与修复: 睡眠在许多生物体中扮演着重要的恢复和修复角色,比如巩固记忆、修复组织等。微生物的“休眠”更多是为了生存,而不是为了进行像人类那样复杂的生理恢复过程。

它们有怎样的“休眠”或“低活跃”状态?

虽然没有真正的“睡觉”,但细菌和真菌确实进化出了一些让它们在不利条件下“慢下来”甚至“停止”的生存策略,这些策略在功能上有点像是为了“度过难关”而进入的“待机模式”。

细菌的“休眠”与“芽孢”

细菌是高度适应环境的生物,它们在面对饥饿、极端温度、缺氧、辐射等恶劣条件时,会采取一系列应对措施。其中最著名的一种就是形成芽孢(Endospore)。

芽孢的形成: 当细菌(比如某些革兰氏阳性菌,如 Bacillus 和 Clostridium 属的细菌)感知到生存环境变得不利,特别是营养物质极度匮乏时,它们会启动一个复杂的分化过程,将自己的细胞内容物浓缩,包裹在几层坚韧的外壳中,形成芽孢。这个过程就像是细菌在为自己建造一个极其坚固、耐受性极强的“庇护所”。
芽孢的状态: 芽孢的代谢活动几乎为零,几乎不进行能量消耗,对热、辐射、化学物质的抵抗力非常强。它们可以这样休眠很长时间,甚至几十年、几百年,一旦环境条件恢复(例如重新获得水分和营养),芽孢就会“萌发”(Germination),重新变成活跃的、可以繁殖的细菌细胞。
类比“睡觉”? 芽孢可以被看作是细菌在极端情况下的“深度睡眠”或者“冬眠”。它们暂停了几乎所有的生命活动,以最大程度地节省能量并保护自己免受致命伤害。这不是有意识的休息,而是为了生存而触发的生物化学和生理状态的剧变。
其他休眠策略: 除了芽孢,有些细菌在营养不良时还会进入一种称为“持续状态”(Stationary Phase)的低代谢状态。这时它们的生长和繁殖速度会大大减慢,细胞体积也可能缩小,但并未形成芽孢。这更像是一种“节能模式”,它们仍然保持着一定的生命活动,可以相对较快地对环境变化做出反应。

真菌的“休眠”与“孢子”

真菌的“休眠”方式也多种多样,它们同样是为了在不利环境中生存。

孢子(Spore): 很多真菌能够产生孢子,这和细菌的芽孢在概念上有些相似,但从生物学分类和结构上有所不同。真菌的孢子有多种类型,例如有性孢子(如接合孢子、子囊孢子、担孢子)和无性孢子(如分生孢子)。
孢子的功能: 真菌孢子通常非常小,数量巨大,可以随风、水或动物传播到新的栖息地。很多孢子具有很强的抗逆性,能够耐受干燥、寒冷、缺氧甚至一定的毒性物质。它们在传播过程中或在新的环境中,会保持一种休眠状态,直到遇到适宜的温度、湿度和营养条件,才会开始萌发,长出菌丝,形成新的个体。
类比“睡觉”? 孢子也像是一种“休眠舱”。它们储存了真菌生命的潜力,但在那个状态下,生命活动被降到最低。这是一种为了传播和跨越不利时期的生存策略。
菌丝的适应性: 有些真菌(如酵母菌)在环境条件不佳时,也会改变其生理状态,降低代谢,减少繁殖。例如,一些酵母在氮源缺乏时,可能会进入静息期,细胞内的储备物质会增加,代谢活性降低。这同样是一种“节能”或“休眠”的行为,以便在环境改善时能够快速恢复。

总结一下:

所以,要回答细菌和真菌是否“睡觉”,关键在于我们如何定义“睡觉”。

如果“睡觉”指的是有意识、有大脑参与的周期性休息,那么它们绝对不睡觉。它们没有这个能力,也没有这个需求。

但如果我们将“睡觉”更广义地理解为一种主动的、降低代谢、暂停生长和繁殖,以应对不利环境、节约能量并提高生存几率的休眠或低活跃状态,那么可以说,它们确实有类似的机制。细菌形成芽孢,真菌产生抗逆性强的孢子,或者进入静息期,这些都是它们在严酷的生存竞争中发展出来的精巧策略。它们不是在“休息”,而是在为“生存”而暂停生命活动的进行。

这些休眠状态,与我们人类的睡眠有着本质的区别。一个是为了恢复精力、处理信息,另一个则是为了在绝境中等待生机。它们的“暂停”是为了更长久的延续,而不是为了一个有意识的“休息”。下次当我们看到那些不起眼的细菌和真菌时,可以想象它们在最艰难的时候,是如何巧妙地“暂停”自己,等待下一个黎明的到来。

网友意见

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题目的“睡觉”带有引号,其范畴不确定,基本上没有不能塞进去的。

“睡觉”一词通常指“睡眠”,是有神经系统的动物的周期性昏迷,但也可以用来形容没有神经系统的生物的昼夜节律、冬眠/夏眠等休眠[1]。细菌、真菌没有神经系统,其昼夜节律并不表现为周期性昏迷,但其休眠(尤其是真菌在冬季的休眠)也会被一些人称为“睡眠”“沉睡”。

SAR超类群的一些单细胞生物,例如疟原虫,有可观察的昼夜节律。那一般也算是人们所称的“微生物”。

你喜欢的话,可以称一个原子在非激发态处于“睡觉”状态。

参考

  1. ^ 在严肃的科学中,冬眠/夏眠并不是睡眠。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。

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