動物為什麼睡覺?為什麼人類要浪費三分之一的時間睡覺?
在整個進化過程中，睡眠對所有有神經系統的生物都是普遍的和必不可少的，包括無脊椎動物，如蒼蠅、蠕蟲，甚至水母。
但是，，動物睡覺的原因——儘管食肉動物的威脅不斷——仍然是個謎，被認為是生命科學中最大的未解之謎之一。
在今天發表在《自然通訊》(Nature Communications)雜誌上的一項新研究中，以色列巴伊蘭大學(Bar-Ilan University)的研究人員揭示了一種新的、意想不到的睡眠功能。
利用活斑馬魚的3D延時成像技術，研究人員能夠在單個染色體分辨率下定義睡眠，並首次表明，單個神經元需要睡眠才能進行細胞核的修復工作。
DNA損傷可以由許多過程引起，包括輻射，氧化應激，甚至神經元活動。
每個細胞內的DNA修復系統可以修復這種損傷。
目前的研究表明，在清醒狀態下，當染色體動力較低時，DNA損傷持續累積，可能達到不安全水平。
睡眠的作用是增加染色體動力，使每個神經元的DNA損傷水平正常化。
顯然，這種DNA修復過程在“在線清醒”期間不夠有效，需要“離線睡眠”，減少對大腦的輸入才能發生。
“這就像道路上的坑洞，”巴伊蘭大學Mina和Everard Goodman生命科學學院以及Gonda (Goldschmied)多學科大腦研究中心的Lior Appelbaum教授說。
“道路會累積磨損，尤其是在白天的高峰時段，在夜間交通稀少的時候修路是最方便和有效的。”
Appelbaum稱DNA的累積損害為“清醒的代價”。
他和他的博士生、這項研究的第一作者大衛·扎達(David Zada)，以及合著者塔利·勒勒-戈爾德什丹博士(Dr. Tali Lerer-Goldshtein)、伊琳娜·勃朗什丹博士(Dr. Irina Bronshtein)、尤瓦爾·加里尼(Yuval Garini)教授假設，睡眠會鞏固和同步單個神經元內的細胞核修復工作，並著手證實這一理論。
他們的發現歸功於斑馬魚模型的特點。
斑馬魚具有絕對的透明性，它的大腦與人類非常相似，是在生理條件下研究活體動物單細胞的理想生物。
利用高分辨率的顯微鏡，可以觀察到DNA和核蛋白在魚體內細胞內的運動。
研究人員尤其驚訝地發現，當身體休息的時候，染色體在夜間更活躍，但這種增加的活動使修復DNA損傷的效率得以提高。
結果表明，染色體動力可作為確定單個睡眠細胞的潛在標誌，並提出睡眠的恢復功能是細胞核的修復。
Appelbaum教授說:“我們已經發現睡眠、染色體動力學、神經元活動、DNA損傷和修復與整個生物體的生理直接相關。”
“睡眠提供了一個減少清醒時大腦DNA損傷的機會。”
“儘管有著對周圍環境意識降低的風險，動物——從水母、斑馬魚到人類——都需要睡眠，以便讓他們的神經元進行有效的DNA修復工作，這也許就是為什麼在動物中睡眠行為演化並留存了下來。”Appelbaum教授總結道。