ヒドラは単純な生き物です。体長は 0.5 インチにも満たず、筒状の体の一方の端に足があり、もう一方の端に口があります。足は水中の表面（おそらく植物か岩）にしがみつき、口は触手で囲まれて通り過ぎるミジンコを捕まえます。脳はなく、神経系もほとんどありません。
それでも、新しい研究は、それが眠ることを示しています。韓国と日本のチームによる研究は、ヒドラが定期的に睡眠の必須基準を満たす休息状態に陥ることを示しました。
一見、ありえない話に思えるかもしれません。 1 世紀以上にわたり、睡眠を研究する研究者は、脳内の睡眠の目的と構造を探してきました。彼らは、睡眠と記憶と学習との関係を探究してきました。彼らは、私たちを無意識のまどろみに押し込み、そこから引き戻す神経回路に番号を付けました.彼らは、睡眠のさまざまな段階を通過することを示す脳波の明らかな変化を記録し、何がそれらを駆り立てているのかを理解しようとしました.山のような研究と人々の日々の経験が、人間の睡眠と脳とのつながりを証明しています。
しかし、この脳中心の睡眠の見方に対する反論が浮上しています。研究者は、筋肉や神経系以外の他の組織によって生成される分子が睡眠を調節できることに気付きました.睡眠は身体の新陳代謝に広範囲に影響を及ぼし、その影響が神経だけではないことを示唆しています。そして、何十年にもわたって静かに、しかし一貫して成長してきた一連の研究は、脳がますます少なくなった単純な生物が、睡眠によく似た何かをするのにかなりの時間を費やしていることを示しています.彼らの行動は「寝ているような」ものとして分類されることもありますが、詳細が明らかになるにつれて、その区別が必要な理由がますます明確ではなくなりました.
脳のないヒドラを含む単純な生き物は眠ることができるようです。そして、その発見の興味深い意味は、生命の歴史の何十億年も前に埋もれていた睡眠の本来の役割は、それに対する標準的な人間の概念とは非常に異なっていたかもしれないということです.もし睡眠が脳を必要としないなら、それは私たちが考えていたよりもはるかに広い現象かもしれません.
睡眠の認識
睡眠は、冬眠、昏睡、酩酊、その他の静止状態と同じではない、とフランスの睡眠科学者アンリ・ピエロンは 1913 年に書いています。私たちの意識的な経験は特に神秘的でした。それなしで行くと、人はぼんやりと混乱し、明確な思考ができなくなりました。睡眠についてもっと知りたい研究者にとって、睡眠が脳に与える影響を理解することは不可欠であると思われました.
そのため、20 世紀半ばには、睡眠を研究したい場合は、脳波 (EEG) の専門家になっていました。人間、猫、またはラットに電極を付けることで、研究者は、被験者が眠っているかどうか、および睡眠のどの段階にあるかを明らかに正確に判断できるようになりました。このアプローチは多くの洞察を生み出しましたが、科学に偏りが残りました。電極を取り付けることができる動物に由来し、睡眠の特徴は、それらに関連する脳活動の観点からますます定義されました.
1970 年代後半にチューリッヒ大学で働いていた睡眠生理学者である Irene Tobler は、昆虫のような無脊椎動物が哺乳類と同じように眠るかどうかに興味を持ち、ゴキブリの行動を研究し始めていました。 Piéron などを読んで、Tobler は睡眠も行動によって定義できることを知っていました。
彼女は、脳波なしで睡眠を特定する一連の行動基準を抽出しました。眠っている動物は動きません。単に休んでいるものよりも覚醒させるのは難しい.起きている時とは違うポーズをとったり、特定の場所を探して眠ったりすることがあります。目覚めると、動きが鈍くなるのではなく、通常どおりに動作します。そして、Tobler は、ネズミを使った研究から引き出された彼女自身の基準を追加しました:睡眠を妨げられた動物は、後で通常よりも長く、または深く眠ります。これは、睡眠ホメオスタシスと呼ばれる現象です。
Tobler はすぐに、ゴキブリが眠っているか、それと非常によく似た行動をしているという主張を展開しました。そのほとんどが高等哺乳類を研究している彼女の同僚からの反応は即座でした。 「これを検討することさえ異端でした」とトブラーは言いました。 「彼らは私の初期の頃、本当に私をからかった。あまり楽しくありませんでした。でも、時間が解決してくれると感じました。」彼女はサソリ、キリン、ハムスター、ネコなど、全部で 22 種を研究しました。彼女は、科学が最終的に睡眠が広く普及していることを確認し、睡眠に関するその後の研究で、彼女の行動基準が重要であることが証明されるだろうと確信していました.
これらの基準は、ペンシルベニア大学医学部のアミタ・セーガル、ポール・ショー (現在はセントルイスのワシントン大学医学部) とその同僚の 1990 年代後半の心にありました。彼らは、ショウジョウバエの静止状態を詳しく調べ始めた 2 つの独立したグループの一員でした。睡眠は、遺伝学や細胞生物学を研究する科学者ではなく、心理学者の領域であったと、Sehgal は言います。メカニズムに関しては、分子生物学者の観点から、「睡眠場は眠っていた」と彼女は述べた.
しかし、体内の 24 時間時計を調節する遺伝子の発見を受けて、隣接する概日時計生物学の分野が急速に活発化していました。睡眠の背後にある分子メカニズムが明らかになれば、ショウジョウバエのような十分に理解されたモデル生物を使用して研究できれば、睡眠科学にも革命が起こる可能性があります。トブラーのゴキブリやサソリのようなハエは、EEG マシンに簡単に接続できませんでした。しかし、それらを詳細に観察し、剥奪に対する反応を記録することができました.
ますます脳が減る
2000 年 1 月、Sehgal と彼女の同僚は、ハエが眠っていると主張する論文を発表しました。その 3 月、Shaw と同僚は、主張を確認する並行作業を発表しました。この分野は、真の睡眠が無脊椎動物に存在することや、ハエを使って人間の睡眠を有効に研究できることを認めることにはまだ消極的だった、と Shaw は言う。しかし、ハエはその価値を証明しました。今日、50 を超える研究室がハエを使って睡眠を研究しており、睡眠には動物界全体に存在する一連のコア機能があることを示唆する結果が得られています。そして生物学者はハエにとどまりませんでした。 「ハエが眠っていることを示したら、何でも眠っていると言えるようになりました」とショーは言いました。
研究者が他の種で研究した睡眠は、標準的な人間の睡眠と常に似ているとは限りませんでした。イルカと渡り鳥は、目を覚ましているように見えても、脳の半分を眠らせることができると研究者は認識しています。ゾウはほぼ毎時間起きて過ごしますが、小さな茶色のコウモリはほぼ毎時間眠っています。
2008 年には、David Raizen と彼の同僚は、Caenorhabditis elegans の睡眠さえ報告しました。 、生物学実験室でモデル生物として広く使用されている回虫。生殖腺を除いて体細胞は 959 個しかなく、302 個のニューロンが頭のいくつかのクラスターに集まっています。他の多くのクリーチャーとは異なり、C.エレガンス 生活の中で、毎日の一部を眠ることはありません。代わりに、開発中に短い発作で眠ります。また、大人になってストレスを感じた後も眠ります。
最小限の神経系を持つ生き物の睡眠の証拠は、約 5 年前のクラゲの研究で新たな最高値に達したようです。 カシオペア ゼリーは体長約 4 インチで、ほとんどの時間を上下逆さまに過ごし、触手が海面に向かって伸び、脈動して体に海水を押し込みます。現在カリフォルニア大学バークレー校のフェローであるマイケル・エイブラムスとカリフォルニア工科大学の他の2人の大学院生がカシオペアかどうか尋ねたとき 彼らは、トブラーがゴキブリを研究していたときに行った一連の調査を継続し、より単純な生物に睡眠が存在するかどうかを調査していました。クラゲが眠るとすれば、睡眠は 10 億年以上前に進化した可能性があり、動物界のほぼすべての生物の基本的な機能である可能性があり、その多くは脳を持っていません.
それは、動物の中で、クラゲは進化的に哺乳類と同じくらい離れているからです。生命の木の隣人には、海洋の岩に付着して一生を過ごす海綿と、科学者が海水水槽の壁に最初に見た小さな細胞の塊であるプラコゾアンが含まれます。眠っていることが観察された他の生物とは異なり、カシオペア 脳も中枢神経系もありません。しかし、彼らは動くことができ、休息期間があります。カリフォルニア工科大学の学生は、行動的睡眠の基準を彼らに適用することは可能であると考えました.
最初のいくつかのボックスは比較的簡単に確認できました。クラゲは昼夜を問わず脈を打っていたが、エイブラムスと彼の共同研究者は、脈拍の速度が夜になると特徴的な方法で遅くなること、そして動物は何らかの努力でこの状態から目覚めることができることを示した。 （これらの静かな期間中、クラゲは水槽内のプラットフォーム上で特定の姿勢を好むという兆候もありましたが、エイブラムスはその証拠はまだ逸話的であると考えています.彼らを苦しめずに邪魔します。結局、エイブラムスと彼の協力者たちは、プラットフォームを下から降ろすことに決めました。それが起こったとき、カシオペア 沈んでは再び上昇し、昼間の速度で脈動します.
その後、ホメオスタシス制御の明らかな兆候が見られました。クラゲが乱されればされるほど、クラゲは翌日の動きが少なくなったのです。 「ホメオスタシスの調節が見られるまで、私たちはそれを信じていませんでした」とエイブラムスは言いました.チームの結果は 2017 年に発表され、エイブラムスはそれ以来、クラゲの遺伝学と神経科学を調査し続けています。
文脈の中で眠る
ヒドラの睡眠に関する新たな発見は、睡眠に関する発見を新たな極限へと押し上げます。ヒドラの体と神経系はカシオペアよりもさらに原始的です の。しかし、日本の九州大学と韓国の国立蔚山科学技術研究所の研究者が実証したように、ヒドラが休止状態に入ると、光のパルスがヒドラを覚醒させ、剥奪を繰り返すとヒドラもより長く眠るなどの発見がありました。 .
ヒドラの睡眠には特徴があります。通常、動物の睡眠時間を短くするドーパミンが、ヒドラを静止させました。ヒドラは 24 時間周期で眠るのではなく、4 時間ごとに睡眠をとっているようです。ヒドラの生き方についての何かが、これらの特徴を有利にしたかもしれない、とトブラーは示唆している.
しかし、これらの違いにもかかわらず、ハイドラ睡眠は他の動物の睡眠とゲノムレベルで重複している可能性があります。研究者がヒドラの睡眠不足によって変化した遺伝子活動を探したところ、よく知られたものをいくつか見つけました。 「他の動物に保存されている少なくともいくつかの遺伝子が、ヒドラの睡眠調節に関与している」と、九州大学の助教であり、新しい研究のリーダーである伊藤太一は、Quanta への電子メールで書いている。 .この発見は、ヒドラやクラゲを含む動物の刺胞動物門が、他の動物グループの祖先から分岐する前に、睡眠調節のいくつかの遺伝的要素をすでに持っていたことを示唆しています。これらの動物が中枢神経系を徐々に進化させるにつれて、睡眠はそれらを維持するための新しい機能を獲得した可能性があります。
では、脳がない場合、睡眠は何をするのでしょうか? Raizen は、少なくとも一部の動物では、睡眠は主に代謝機能を持っており、起きている時間には起こらない特定の生化学反応を可能にしているのではないかと考えています。それは、注意力と動きによって使われるエネルギーを、動物が起きている間に行うにはコストがかかりすぎる他のプロセスに転用する可能性があります.たとえば、C.エレガンス 体の成長を可能にし、組織の修復をサポートするために睡眠を利用しているようです。睡眠不足のヒドラでは、日常生活の一部である細胞分裂が一時停止します。睡眠不足のラットやショウジョウバエの脳にも同様の現象が見られます。エネルギーの流れを管理することは、睡眠の中心的な役割かもしれません.
非常に単純な睡眠者に関するこのすべての研究は、最初に睡眠をとった生物について疑問を投げかけています.この最初のスリーパーは、それが何であれ、おそらく 10 億年以上前に姿を消しました。それがヒドラと人間の共通の祖先である場合、それはニューロンとそれを動かすことを可能にする筋肉のようなものを持っていた可能性があります - そしてその動きの欠如はそのバージョンの睡眠の特徴であり、その特別なニーズを満たします.
「その動物が眠った場合、その状況が何であれ、睡眠はそのためのものでした」とエイブラムスは言いました。睡眠は、最初に寝た人の初歩的な神経系を維持するのに役立ったかもしれませんが、代謝や消化の恩恵を受けるのと同じくらい簡単だったかもしれません. 「脳がある前に腸がありました」と彼は言いました。
さらに深い質問が今求められています。 2019 年のオピニオン ペーパーで Raizen と共同執筆者は次のように考えました。睡眠がニューロンで起こるとすれば、睡眠できるニューロンの最小数はいくつでしょうか?肝臓や筋肉の細胞に関係する研究が示唆するように、睡眠の必要性は他の種類の細胞によって引き起こされるのでしょうか?
「本当に限界を押し広げたいのなら、ニューロンをまったく持たない動物は眠るのですか?」 Raizen は尋ねました。
実際、その行動がいつか答えを明らかにするかもしれないいくつかの生物がいます。動物界で最も単純に見える微視的な多細胞生物であるプラコゾアンは、動き、周囲に反応します。彼らにはニューロンも筋肉もありません。所定の位置に固定されているが、環境に応答する海綿もそうではありません。
「『海綿は眠るの?』とよく聞かれます」とエイブラムスは言います。 「それはまったく新しい世界です。それをテストする方法があるかもしれません。」
