章鱼会做梦？它揭示了睡眠进化的哪些秘密

　　出品：放牛班的秘密花园
　　来源：连线
　　编译：Sweetpie
　　责任编辑：Anyi
　　发表在《交叉科学》上的一项研究发现，章鱼拥有两种睡眠状态，并且会做梦。这一具有启示意义的发现揭示了睡眠进化的哪些秘密呢？
　　果蝇、章鱼、鸟和人类似乎没有多少共同点，有些生活在陆地，有些是水生动物，有些会飞，有些只能在地面上，有些是脊椎动物，有些没有脊椎。虽然是独自进化，其共同祖先要追溯到很久很久以前，但它们可能有一个共同的基本特征： 都会做梦。
　　几乎所有动物都会睡觉，尽管对像草履虫这种单细胞生物是否睡觉还存在一些争议。但没有人真正知道为什么动物会睡觉。
　　多年来研究者一直在传播睡眠有助于记忆、成长和学习的理论（显然人需要睡眠才能使身体正常运转），但很少有其它为大家所熟知的理论。
　　华盛顿州立大学的神经学家马科斯·弗兰克（Marcos Frank）说：＂睡眠就像个大黑箱。＂很明显，动物会睡觉，这对动物的健康至关重要，但它的确切功能和控制机制仍然不为人知。
　　更令人困惑的是，有些物种似乎只有一种睡眠状态，在此期间大脑相对安静，而另一些物种似乎有两种睡眠状态， 安静阶段和活跃状态。 对人类来说，大脑活动的活跃阶段被称为 快速眼动睡眠（REM） 。那是我们做梦的时候，也是我们最难醒来的时候。
　　很长一段时间里，科学家们并未在两栖动物或爬行动物身上观察到这种更深层次的主动睡眠阶段。所以直到最近，理论上认为它是在后来通过鸟类和动物的共同祖先进化出来的。
　　但2016年，在蜥蜴身上记录到主动睡眠。2019年，这种状态在乌贼身上被发现。今年3月，巴西一个科学家团队在细胞出版社（Cell Press）旗下期刊《交叉科学》（iScience）杂志上发表了一篇论文，报告在章鱼身上发现了这种状态。而在与鸟和人类有共同血统的动物出现之前，这些头足类动物已进化了数十亿年。
　　进入主动睡眠的章鱼
　　＂它们不可能有共同祖先，＂弗兰克说。现在科学家们想知道，这种睡眠状态是否比他们最初意识到的更普遍，它是否在不同时间由不同物种进化出来，就像翅膀和飞行能力分别出现在昆虫、蝙蝠和鸟身上一样，这种现象被称为 趋同进化 。
　　了解哪些选择性压力导致了这种适应性并保留了适应性编码基因，有助于科学家理解做梦对中枢神经系统发挥的作用，以及为什么睡眠很重要。
　　＂睡眠对动物发挥着什么作用？＂该论文的合著者之一、巴西北里奥格兰德州联邦大学大脑研究所所长Sidarta Ribeiro问道。
　　研究动物睡眠方式的第一步是弄清楚它们事实上在什么时候睡觉。这比听起来复杂得多。＂假设你在火星上，并且发现了一种生物，＂弗兰克说，＂你怎么知道它睡着了没有？＂
　　就哺乳动物而言，科学家会在它们的大脑中植入电极，以追踪神经元是如何放电的。但章鱼有高度分布的中枢神经系统。它们不是把神经系统交给一个大脑集中控制，相反，章鱼的8条腕足上有8个神经中枢，它们通常各行其是。
　　Ribeiro的大脑研究所的科学家没有使用侵入式方法如连接探针来确定章鱼的睡眠状态，而是研究了它们的一些行为特征。
　　该研究第一作者Sylvia Medeiros测试了动物的 清醒度 。实验室的四只章鱼中有三只接受了视觉刺激——一段移动中的螃蟹的视频。
　　其中一只接受了振动刺激，刺激方式是轻拍水箱。Medeiros想看看它们醒着的时候对刺激的反应有多快。接着她测试它们看起来不活跃时的状况，并测量其反应速度。反应慢意味着睡得更沉。
　　睡眠中的章鱼
　　研究团队还将摄像机对准睡着的章鱼，观察其皮肤上的图案变化，这为了解其大脑活动提供了线索。
　　当它们醒着的时候，章鱼会在求偶期、争夺地盘时以及躲避捕食者时改变颜色，这是对周围发生的事情做出的反应。但Medeiros说，＂我们在章鱼睡眠时观察到的是，这种颜色改变与该环境中同一时刻发生的事情无关。＂
　　接受螃蟹视频刺激的章鱼
　　相反，章鱼的颜色变成了与现实世界的刺激（比如其他生物靠近或需要对自己进行伪装）无关的图案。大脑中的运动神经元控制着这些皮肤图案的变化，因此Medeiros认为，这些图案的出现可能是因为章鱼正在做梦。
　　例如，该团队的论文描述了一种名为＂ 安静的一半对一半 ＂的短暂状态，此刻章鱼呈现出一种异乎寻常的图案，身体的一半完全是白色，另一半完全是黑色。这种图案通常出现在求偶或争夺地盘期间。
　　很明显，睡着的动物并未参与这些活动，所以研究人员怀疑它们是做梦梦到这些场景，并在皮肤上播放了自己的梦境。但研究团队又发出提醒：章鱼此时也不是处于最深层次的睡眠状态，所以这可能代表了动物入睡时的 睡意梯度变化 。
　　冲绳科技学院的动物行为学家、2019年乌贼研究第一作者特蕾莎·伊格莱西亚斯（Teresa Iglesias）表示，尽管章鱼研究团队的研究只包括四只章鱼，样本量似乎较小，但对此类研究来说这很正常。
　　她认为研究结果稳健可靠，因为它们的行为如此强烈和一致：其中三只章鱼的反应时间有类似延迟，这取决于其清醒度。（有一只章鱼因技术原因被排除在清醒度测试结果之外。）四只章鱼在主动睡眠时都改变了皮肤颜色。
　　伊格莱西亚斯说，＂越来越有力的证据＂表明头足类动物确实会做梦。两年前进行乌贼实验时，她很难弄清楚这些动物什么时候会完全睡着，它们的清醒度并不一致。
　　在对它们进行了数周记录后，她决定看看录像带以找出其他可能给她提供线索的指标。这时她注意到它们的皮肤图案发生了变化。和那些章鱼一样，这些图案与其外部环境中所发生的事情并不匹配。＂我们看到的是皮肤上的神经活动，＂她说。
　　记录这种行为是理解它的第一步，但伊格莱西亚斯警告说，这些描述并不等同于知道动物感知到什么。她说，一旦超越定量观察的范畴，接下来就是提问中最难的部分了： 它们在想什么？有什么感觉？经历了什么？ 这是个巨大的飞跃。
　　头足类动物做梦与人类做梦不太一样。巴西研究团队发现，章鱼的主动睡眠阶段只有不到一分钟，与人类快速眼动睡眠的时间相比快如闪电。较长的快速眼动周期给人类的梦境赋予了充满人物和象征意义的复杂曲折情节。
　　Medeiros说，如果章鱼真的会做梦，那么它们的梦可能非常短，好比一段视频剪辑或GIF动画。伊格莱西亚斯说乌贼的梦可能更短。
　　即便主动睡眠状态时间较短，也可能很危险。动物在熟睡时很脆弱，可能听不到捕食者的靠近，而对章鱼来说，睡眠会暴露它们的伪装，因为它们的皮肤可能会对梦到的东西做出反应，而不是伪装自己以适应环境。
　　研究人员认为，沉浸于这种危险行为意味着某种 进化优势 。Ribeiro推测，在主动睡眠期间，大脑的不同区域会根据动物当天经历或学会的东西相互沟通，以加强神经连接，并且将短期记忆转换为长期记忆。
　　章鱼在睡眠中改变颜色
　　他指出，研究证明，鸟在主动睡眠时会练习唱歌。＂或许快速眼动睡眠的压力是大脑各区域处理记忆的压力，＂Ribeiro说，＂拥有包含多个部分的复杂大脑的动物需要主动睡眠。＂
　　他指出，即使是表现出主动睡眠迹象的果蝇，大脑虽小，其各部分之间也需要沟通。就像人类、老鼠和鸟一样，果蝇在大脑非常活跃（几乎和清醒时一样活跃）时也能经历一个睡眠周期，但它们对视觉刺激仍然没有反应，睡得很沉。
　　还有一种可能是，我们不知道还有多种动物也会做梦。
　　伊格莱西亚斯指出，我们寻找的是与人类的睡眠类似的主动睡眠，其特征是 快速眼动和清醒度降低 。但仅仅因为没有表现出同样的行为，并不意味着动物没有经历类似的睡眠阶段，我们只是还不知道该寻找什么。
　　Medeiros和Ribeiro已经在计划新的研究，他们打算测试睡眠是否有助于章鱼记忆信息和学习新任务，以及在某个晚上剥夺它们的睡眠是否会让它们想在下一个晚上多睡一会儿。这些信息有助于他们了解章鱼的睡眠方式是与人类相似呢，还是有自己截然不同的一套功能。
　　声明：著作权所有，转载需授权
　　Come on，给你的灵魂充充电