果蝇不睡觉居然不会死,为何人不行
发布时间:2019-03-19
出品:科普中国
制作:三花是只猫
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  对于人类来说,睡眠就是人生的必须品,大多数人一生的睡眠时间超过生命的1/3 


图源:Wikipedia 

  如果失去一宿的睡眠,第二天也许只是浑浑噩噩的,感觉浑身乏力,如果失去好几天的睡眠,认知功能下降。人类最长的不睡觉时间是264小时,是由一个17岁的美国高中生创造的,至今无人打破。毋庸置疑,睡眠对人而言是非常重要的,你根本无法想象失去睡眠,整个人还能怎么活下去。因此,人们之前也一直认为动物是离不开睡眠的,那么真的是这样吗? 

  在这个神奇的地球上,哪怕是睡眠再少的动物,一天下来也得睡上一小会儿。皮糙肉厚的大象,一天得睡3~4个小时,会反刍的长颈鹿也要睡上2个小时。 


图源:pixabay 

    

  科学家曾经对军舰鸟(Fregata minor)做过研究,在军舰鸟飞行10天的过程中对其脑电图进行记录,发现军舰鸟可以只用半脑进行工作,半脑来休息,而且出乎意料的是,军舰鸟每天只睡了一个小时。 


头上戴了记录仪器的军舰鸟记下了相关的脑电图 图源: Evidence that birds sleep in mid-flight 

    

  利用睡眠剥夺实验研究睡眠 

  1.什么是睡眠剥夺实验 

  虽然自然界中没有完全不睡觉的动物,但人类可以通过剥夺睡眠研究睡眠的重要性。现代社会不可能长期对人类做睡眠剥夺实验,毕竟这样太不人性(剥夺睡眠进行刑事逼供),前面介绍的实验也是观察得差不多了就结束实验了,一般来说完全睡眠剥夺都是动物试验。从1896Patrick等首次研究睡眠剥夺(Sleep Deprivation, SD)对人体的影响以来,睡眠剥夺在军事、交通、医疗等领域受到很大关注。 

  那么要如何剥夺睡眠呢?主要有以下几种方式: 

  平台睡眠剥夺技术:把动物(比如小鼠)丢到水里,因为小鼠害怕水而且无法在水里休息,就剥夺了睡眠。 

  强迫运动睡眠剥夺法:顾名思义,通过动力装置迫使小鼠不停地运动,同时监控脑电。 

  轻柔刺激法:这也是最简单的刺激方法,如果看到小鼠要睡觉了,就轻轻拍拍笼子把它弄醒,因为研究人员不可能长时间地盯着笼子看,所以只适合短时间的睡眠剥夺。 

  其他的还有药物睡眠剥夺法和剥夺杆睡眠剥夺法,在这里就不多做描述了,感兴趣的可以去搜索一下。 

  2.不睡觉到底会不会死? 

  对动物进行睡眠剥夺实验在过去是有的,但结果并不是很完美。比如在剥夺大鼠睡眠的实验中,发现大鼠被剥夺睡眠后,相对于可以睡觉的大鼠死得比较早。这个实验结果是符合大家的常识和预期的。 

大鼠 图源:Wikipedia 

  但导致其死亡的根本原因是不确定的,因为在这项实验中,主要是通过惊吓的方式剥夺睡眠,被剥夺了睡眠的大鼠由于精神压力过大,出现了严重的全身适应综合征(GAS),综合症伴随着各种痛苦的症状,也就是致死的可能性可能死来自保持清醒的精神压力,而不是单纯的睡眠不足,因此很难得到致死的原因是否和睡眠不足有直接关联。 

  以往的实验并不是不科学,只是实验做得还不够完美,导致了结论也不是确定的。要完善剥夺睡眠的实验,就得消除精神压力的因素,变成单因素实验,纯粹靠失去睡眠这一条件进行实验。 

  而伦敦帝国学院的生物学家Giorgio Gilestro和他的研究团队设计了一个实验仪器,把果蝇关在一个管子里,基于人工学习的实时视频目标跟踪技术,对果蝇进行高通量分析,一旦一只果蝇不出现活动超过20s,仪器就会轻微地旋动果蝇所在的管子,把温柔地它叫醒。 

  通过这种实验方式可以观测到果蝇轻微的一举一动,哪怕只是微微地用脚弹动了一下,也会被视为清醒状态,减小误判,再刚想进入睡眠的时候就温柔地把果蝇叫醒,这样就可以消除惊吓带来的压力。 


实验结果发现,失去睡眠基本对于果蝇来说基本不致命 图源:Science 

  实验发现,睡眠不足的雄性果蝇寿命和正常果蝇一样长,而睡眠不足的雌性果蝇寿命也虽然比正常果蝇短,但平均只有三天,平常生活也是该吃吃,该喝喝,该交配交配。要知道,三天对于果蝇来说,也就是一生寿命(40~50天)的6%~8%左右。 

  3.睡眠剥夺对于认知功能的损害 

  不过,睡眠剥夺对认知功能的损害是很明显的,并且呈阶梯性下降,而不同的认知功能下降的水平不同。所以,根据睡眠剥夺对认知功能的影响程度,将完全睡眠剥夺分为以下几个阶段: 

  睡眠剥夺24小时,在日常生活中最为常见,对认知功能带来部分影响;睡眠剥夺2448小时,认知功能出现第一次低谷,以及随后的平台期,认知功能平均下降约20-30%;睡眠剥夺4872小时,认知功能出现第二次低谷及随后的平台期,认知功能下降约40-50%;睡眠剥夺多于72小时,日常生活中较为少见,认知功能损害严重。 


睡眠不足对健康的影响 图源:Wikipedia 

  由此可见,睡眠确实对人来说非常重要,睡眠剥夺会造成认知功能下降,这是可以肯定的,但完全剥夺睡眠会不会致死并没有定论。 

  睡眠剥夺的研究有什么意义? 

  你也许会问,为什么要做这样的实验啊,有什么意义么?毕竟睡眠剥夺都是一种刑讯工具。首先,在快节奏的现代生活中,失眠、熬夜都已成为常见的现象,而我们要对抗它,就要先了解它。其次呢,临床上已经广泛采用睡眠剥夺的方法来诱发癫痫的脑波异常放电以诊断疾病,并作为一种医疗手段治疗抑郁症等精神疾患。对于大脑认知研究来说,睡眠剥夺是研究睡眠对认知作用机制的重要途径。最重要的意义莫过于,挑战了目前对于睡眠重要性的认知:动物不会因睡眠不足而死亡。不过,这一结果是一个单因素实验,实验变量控制得很好,只是一个“实验”结果,而非“现实”的后果。 

  什么意思呢?就是果蝇它在实验室里只是单纯失去了睡眠,但其他都是照样吃吃喝喝,没什么生存压力,而且实验环境给果蝇提供了一个较安全的生存环境,不用想其他太多的事情,换句话说,如果把果蝇丢到野外,让它们在险恶的大自然里失去睡眠,也许就会因为困倦不活那么长的时间了。 

          

  充足的睡眠很重要 

  哪怕睡眠对于生命的延续不是不可或缺的,但它在现实生活中还是必不可少的。毕竟我们可不是活在实验室的培育箱里,我们要活下去得靠睡眠获取足够的精力,以此来完成各种学习和工作,赚到钱才能生存下去,而且你也不是一只军舰鸟,也不是果蝇。所以咱们人类还是老老实实每天睡上8个小时吧。 

    

  参考文献: 

  Rechtschaffen A, Gilliland M A, Bergmann B M, et al. Physiological correlates of prolonged sleep deprivation in rats[J]. Science, 1983, 221(4606): 182-184. 

  Rechtschaffen A, Bergmann B M. Sleep deprivation in the rat by the disk-over-water method[J]. Behavioural brain research, 1995, 69(1-2): 55-63. 

  Rattenborg N C, Voirin B, Cruz S M, et al. Evidence that birds sleep in mid-flight[J]. Nature communications, 2016, 7: 12468.

  Most sleep does not serve a vital function: Evidence from Drosophila melanogaster 

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