一项发表于《自然通讯》（Nature Communications）的研究显示，某些无脊椎动物在类似睡眠的状态下会修复神经细胞中的DNA损伤，这一发现被研究团队认为有助于厘清睡眠的基本生物学功能。

无脑动物也会“打盹”

研究对象包括卡西欧佩亚水母（Cassiopea）和星海葵（nematostella），它们同属刺胞动物谱系，进化历史可追溯至约5亿年前。研究人员在实验室和野外对这些动物的行为进行了长期追踪。

在浅水泻湖中，卡西欧佩亚水母倒置漂浮，其透明钟形体以大约每分钟36次的频率有节律地收缩。夜间，这一频率会降至接近每分钟30次，表现出一种类似睡眠的状态。野外摄像记录显示，当夜间休息被打扰后，这些水母会在中午出现短暂“打盹”，类似对睡眠被剥夺后的补偿。

星海葵也表现出节律性的活动与静止周期。尽管这些动物没有大脑，其神经系统仅为简单的神经网，但研究团队认为，它们在特定时段进入了可与睡眠相类比的状态。

确定“睡眠”标准

由于水母和海葵在休息时仍可能出现轻微抽动或缓慢漂移，研究人员首先需要界定它们何时处于睡眠状态。团队在红外光下拍摄动物行为，并通过白光闪烁或喷射少量盐水虾提取液提供食物刺激，以测试其反应性。

结果显示，当卡西欧佩亚水母的跳动频率低于每分钟37次并持续至少三分钟，或星海葵保持静止至少八分钟时，它们对外界刺激的反应明显变慢。研究人员指出，这符合动物界普遍采用的“反应性降低”作为睡眠判定标准。

清醒时累积DNA损伤 睡眠期得到修复

在行为标准确立后，研究团队利用染色方法标记实验室水箱中水母和海葵神经细胞内的DNA断裂位置，并在不同时间点进行比较。

数据显示，两种动物的DNA断裂数量在各自活跃期结束时达到峰值：卡西欧佩亚水母为上午中段，星海葵为下午晚些时候；在经历较长时间的休息后，DNA断裂数量明显下降。

当研究人员通过改变水流等方式人为干扰，使动物在通常休息时段保持清醒时，神经细胞中的DNA断裂数量进一步增加，且次日的睡眠时间延长，表现出类似人类“睡眠补偿”的现象。

为进一步测试因果关系，团队使用紫外线B照射水母和海葵。紫外线B会损伤DNA。实验结果显示，照射一小时内，DNA断裂数量约翻倍，随后动物在当天晚些时候出现额外睡眠。经过这段额外休息后，DNA断裂数量回落至基线水平，水母的日间节律也恢复正常。

研究人员据此认为，在清醒状态下，神经细胞DNA损伤逐渐累积，而类似睡眠的休息期为DNA修复提供了时间窗口。

褪黑素在无脑动物中的作用

研究还测试了褪黑素对这两种动物休眠行为的影响。褪黑素是一种与昼夜节律相关的激素，常被用于缓解时差综合征。

当研究人员向水箱中添加褪黑素后，卡西欧佩亚水母和星海葵在各自通常最活跃的时间段出现打盹：水母在白天、海葵在夜间表现出额外休息，而它们原本的正常休息时段并未受到明显影响。

研究团队指出，褪黑素的催眠作用通常被认为与具有中央大脑、对光线节律敏感的脊椎动物共同进化。在无脑的刺胞动物中观察到类似效应，表明相关机制的进化可能早于此前的推测。

睡眠起源或早于复杂神经系统

此前关于睡眠“维护”功能的证据主要来自脊椎动物。例如，有研究显示，老鼠在睡眠时脑脊液会涌入大脑，清除代谢废物；2016年的一项老鼠研究发现，某些类型的DNA断裂在睡眠期间修复速度更快；2019年对斑马鱼的延时成像研究也显示，睡眠有助于修复清醒时积累的神经元DNA断裂。

本次研究首次在无脊椎动物中系统展示了类似过程。研究团队认为，这将睡眠相关机制的起源时间推回到6亿多年前，早于刺胞动物与通向蠕虫、昆虫和脊椎动物谱系在约6亿至7亿年前发生的分化。

研究人员指出，如果神经系统极为简单、仅由薄薄神经网构成的刺胞动物也需要通过睡眠修复神经元，那么这一功能很可能是神经系统进化早期就已存在的基础性特征，而非复杂大脑出现后的“附加功能”。

多重功能中的“核心目的”假说

研究团队提出的逻辑是：清醒状态会持续给神经细胞DNA带来压力，而睡眠则提供了一个感官输入减少的时间段，使负责修复DNA的酶类可以在相对“安静”的环境中工作。这一推断与果蝇和老鼠等动物实验中观察到的现象相吻合——长期失眠与神经退行性变化相关，同时伴随活性氧分子积累，这些高反应性代谢副产物可损伤DNA、蛋白质和细胞膜。

研究人员据此认为，如果连水母这样的古老动物都需要睡眠来维持神经网的完整性，那么睡眠需求可能早于大脑、眼睛甚至左右对称身体结构的进化。

研究局限与后续方向

本项研究在实验室条件下追踪了卡西欧佩亚水母和星海葵，并在佛罗里达泻湖对其中一种水母进行了野外观察。研究团队指出，刺胞动物分布于光照和温度条件差异显著的多种环境中。

要将本研究结论推广至更广泛物种，未来仍需在寒冷水域、深水或浑浊水域等不同环境中，确认其他类似动物是否同样在睡眠期间进行DNA修复。

研究人员表示，相关结果并未终结关于“睡眠究竟有何功能”的讨论。现有证据显示，睡眠几乎可以肯定具有多重益处。随着神经系统变得更复杂，记忆巩固等功能可能是在更古老的生理维护机制之上逐步叠加的。

不过，这项研究的作者认为，新发现强化了这样一种观点：保护和修复DNA可能是睡眠最核心的生物学目的之一。