水母表示：我沒有腦，可是我也愛睡覺

■所謂一覺解千愁，在演化史上，誰是最先開始會睡覺的生物？最近一篇研究顯示，可能是水母！

撰文｜駱宛琳

好好睡覺，跟乖乖吃飯與規律運動一樣，可謂現代人生活裡的黃金三準則。沒睡好覺不僅讓人心情不好，對健康的危害更是罄竹難書。我們說好好睡覺跟大腦處理學習來的資訊有關，能幫助大腦將資訊妥善儲存為長期記憶；我們還一直老生常談，說好好睡覺才能幫助大腦將一天累積的代謝廢物清除掉；我們甚至還驚悚的說，不睡覺，大腦會把自己的神經元細胞吃掉。但當睡覺這件事被賦予了這麼多高層次的意義，一個簡單至極的問題就能讓科學家爭論不休：在演化史上，是那種生物開始先出現睡覺這個行為的？是蟲、魚、鳥還是獸？

但問題或許沒有這麼複雜；最近，美國加州理工學院的 Leo Goentoro 博士實驗室，做了一系列簡單又可愛的實驗，把「是誰先會睡覺的！」這個大哉問回歸基本面 。

睡覺需要大腦嗎？如果睡覺對大腦這麼重要，是不是有中樞神經系統的生物，才會需要睡覺呢？水母有神經細胞，但沒有集中的中樞神經組織，水母的神經細胞離散地分部在周邊。那，水母會需要睡覺嗎？Goentoro 博士實驗室的三個博士班學生，自己打造了一個水族箱，以便能夠利用攝影來觀察與紀錄水母的行為型態。他們選用倒立水母科裡的幾種不同品系水母來做實驗。倒立水母科的這類水母一如其名，與其游泳，牠們更喜歡把自己倒掛似得靜止懸浮在熱帶海域裡，也常跟能夠行光合作用的共生藻形成共生關係。倒立水母還有一個特徵，牠們「吐納」水流極有規律，大概一秒鐘一次。倒立水母藉著推動水流流動，可以讓食物源源而來，得以濾食，或是排出代謝物等，是維持生命機能重要的行為模式。

睡覺的定義可以複雜化到由腦波變化來判斷，但也可以簡單至極，從觀察行為模式的改變來得知。想想看，當我們熟睡或是打盹的時候，是不是對外界刺激比較沒有反應？不論是旁人的輕拍戳弄，或是聲光刺激，如果熟睡了，都恍若未聞。Goentoro 博士實驗室的學生們於是想，同樣的標準是不是也可以拿來套用在水母身上，看看水母是不是會有週期性的，類似於動物熟睡時的遲鈍反應呢？而倒立水母這種極有規律的吐納水流行為，剛好是研究人員可以好好觀察牠們行為的指標。

他們的研究成果發表在十月份的 Current Biology 期刊上。研究人員觀察二十三隻倒立水母，每隔一個小時，都記錄前二十分鐘內，倒立水母吐納水流的次數。他們利用十二個小時光照，十二個小時把燈關掉來模擬晝夜。在有光照的時候，倒立水母平均每二十分鐘可以推動水流 1155 次上下，相當於每分鐘約 60 次；而在模擬夜晚的烏黑狀態下，頻率則銳減三成多，變成每二十分鐘推動水流 781 次左右，約每分鐘 39 次。但倒立水母週期性的行為變緩慢，若要直接作為水母會睡覺的佐證，也未免言之過早。

所以Goentoro 博士實驗室的學生們把倒立水母從牠們偏好棲息的水族箱底，用個吊籃似的裝置拎到水面，然後觀察倒立水母花多久時間，能夠游回牠們習慣的「愛窩」。在有光照的大白天，倒立水母反應機靈；但一到了晚上，就像我們被吵醒時行動會跌跌撞撞一樣，倒立水母也會花比較久的時間，才會從水面返回牠們所偏愛的箱底。更有趣的是，如果在晚上倒立水母「不愛動」的時間，蓄意打斷牠們的「休息」，等到隔天大白天的時候，牠們也會出現類似睡眠被剝奪的症狀，行為變得遲鈍又緩慢。這顯示倒立水母跟我們一樣，對於「睡眠」的需求，是絕對不可少的。

如此說來，倒立水母晚上「不愛動」時的行為特徵，還真得跟動物睡覺時的行為極為相似呢。但Goentoro 博士實驗室的學生們沒有對研究到此的成果就心滿意足，他們又做了兩個有趣的實驗。第一，如果倒立水母在睡眠被剝奪的時候，會出現類似我們被「時差」所擾的行為特徵，那常被用來拯救時差的心頭好「褪黑激素」（melatonin），是不是也能換來倒立水母一覺好眠呢？結果，被給予褪黑激素的倒立水母，果真睡得傻乎乎的。那我們感冒鼻子不通時，醫生所開的抗組織胺有時候讓人愛睏，這對倒立水母也有類似作用嗎？答案是會的！

Goentoro 博士實驗室的這篇研究成果亮眼，因為他們用了最「根本」的行為學觀察來回答一個在科學界爭論不休的問題，提供了有趣的新角度。水母會不會睡覺？以 Goentoro 博士實驗室的邏輯看起來，這問題的答案就跟問，「你看不看得出來坐你旁邊的人在睡覺？」一樣基本。他們的研究，也啟發許多研究方向。例如，如果倒立水母的個體行為有類似「睡覺」的特徵，那是不是相似的特徵也可以在個別神經元的活動上，看出些許端倪呢？如果在倒立水母神經元的活動上也驗證了這個假說，那可見，對睡眠的需求或許不是中樞大腦才會需要的，對於個別神經細胞，好好睡覺這件事，也是不可缺的啊！

原始論文：Nath RD, et al. The Jellyfish Cassiopea Exhibits a Sleep-like State. Curr Biol. 2017 Sep 16. pii: S0960-9822(17)31023-0. doi: 10.1016/j.cub.2017.08.014.

參考資料：

1. Pennisi E. You don’t need a brain to sleep. Just ask jellyfish. Science. Sep 21, 2017.
2. Trojanowski NF, et al. Call it Worm Sleep. Trends Neurosci. 2016 Feb;39(2):54-62. doi: 10.1016/j.tins.2015.12.005. Epub 2015 Dec 30.
3. Katsuki T, et al. Jellyfish nervous systems. Curr Biol. 2013 Jul 22;23(14):R592-4. doi: 10.1016/j.cub.2013.03.057.
4. Joiner, WJ. Unraveling the evolutionary determinants of sleep. Curr. Biol. 2016; 26: R1073–R1087
5. Satterlie, et al. Do jellyfish have central nervous systems? J. Exp. Biol. 2011; 214: 1215–1223

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作者：駱宛琳　美國聖路易華盛頓大學（Washington University in St. Louis）免疫學博士，從事T細胞發育與活化相關的訊息傳導研究。