從動物誕生在地球上的那一刻起，動物就沒有能逃避過睡眠。從最低等的無脊椎動物，到複雜的哺乳動物，都離不開睡眠，所有的動物就算會面臨被天敵吃掉的危險，也要睡覺，作為萬物之靈的人類，也要将一生中三分之一的時間用在睡眠上。

睡眠為什麼這麼重要？睡眠對動物的大腦或對單個細胞有什麼影響？這些問題長期以來對科學家們來說都是個謎團。

而在《分子細胞》（Molecular Cell）雜志上發表的一項新研究中，來自以色列巴伊蘭大學的科學家們研究了斑馬魚的睡眠機制，并且還在老鼠身上找到了一些支持證據，從而朝着解開這個謎團邁出了一步。

科學家們發現，當我們醒着時，體内的穩态睡眠壓力（也就是我們常說的疲勞）會在體内積聚。這種壓力會随着我們保持清醒的時間的延長而增加，但是會在睡眠中減少，在動物機體經曆了一個完整而良好的睡眠後，這種壓力會降低到一個較低的水平。随着清醒時間的增加，這種壓力也會增加，然後又需要睡眠來降低……如此循環往複。

穩态睡眠壓力，隻是表象，在細胞層面上，到底是什麼導緻這種壓力增加到我們必須用睡眠來降低它的程度呢？科學家發現，在我們清醒時，DNA損傷會在大腦的神經元中累積。這種損傷可由多種因素引起，包括紫外線、神經元活動、輻射、氧化應激和酶錯誤。

每個神經元細胞内都有一個修複系統，可以修複DNA損傷。當我們在清醒的狀态下，神經元中的DNA損傷繼續累積，過多的DNA損傷會對我們的大腦産生危險的傷害，而睡眠正好可以招募DNA修複系統，來重整我們的大腦。

在一系列實驗中，研究人員試圖确定DNA損傷的累積是否是觸發體内平衡壓力和随後睡眠狀态的“驅動因素”。利用輻射、藥理學和光遺傳學，他們在斑馬魚身上誘導了DNA損傷，以檢測其對睡眠的影響。斑馬魚是夜間睡眠的動物，而且有着與人類相似的簡單大腦，是研究這一現象的理想生物。

斑馬魚的大腦

正如研究人員所料，随着DNA損傷的增加，斑馬魚對睡眠的需求也增加了。實驗表明，在某個時候，DNA損傷的積累達到了一個最大阈值，并且增加了睡眠壓力，以至于觸發了睡眠沖動，魚就進入了睡眠狀态，促進了DNA修複。

在證實累積的DNA損傷是驅動睡眠過程的因素之後，研究人員急切地想知道是否有可能确定斑馬魚需要睡眠的最短時間，以減少睡眠壓力和DNA損傷。由于斑馬魚和人類一樣，對光線的幹擾很敏感，所以研究人員将斑馬魚所處環境中的黑暗時間逐漸減少。

在測量了DNA損傷和睡眠後，研究人員确定每晚6小時的睡眠足以減少斑馬魚的DNA損傷。如果斑馬魚睡不到6個小時，它們的DNA損傷不會得到充分減少，它們會在白天繼續“補覺”。

科學家們發現，蛋白質PARP1是DNA損傷修複系統的一部分，是最先快速反應的蛋白質之一。PARP1會标記細胞中的DNA損傷位點，并招募所有相關系統修複DNA損傷。通過基因和藥理學的調控，科學家們發現，PARP1的增加會促進睡眠，而且還增加對DNA損傷的修複程度。

相反，PARP1的抑制會阻斷DNA損傷修複的信号。當研究人員抑制PARP1後，實驗中的斑馬魚沒有完全意識到自己累了，它們沒有睡覺，體内的修複系統也不去修複DNA損傷。

此後，研究人員在小鼠身上進一步測試了PARP1在調節睡眠中的作用。正如在斑馬魚身上發生的一樣，PARP1活性的抑制減少了非快速眼動（NREM）睡眠的持續時間和質量。PARP1通路能夠向大腦發出信号，表明它需要睡眠才能進行DNA修複。

因此，回到最初的問題，為啥動物冒着被吃掉的危險也要睡覺？為啥認為“一寸光陰一寸金”，如此珍視時間的人類，也要花掉人生三分之一的時間來睡覺？

問題的答案在于DNA損傷修複，所有的動物的神經元永遠在積累DNA損傷，需要睡眠來啟動修複系統修複這些損傷。如果這些損傷得不到修複，大腦的運作将會停止，生命也會停止。在如此重要的事情面前，冒着被天敵吃掉的風險又何妨，花費人生三分之一的時間又何妨？

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