虽然已经步入夏日,但对于冬天起床时的痛苦,你大概还印象深刻吧。在冷冰冰、黑漆漆的冬日清晨,尽管闹铃已经响了好几次,你是不是也仍然被封印在温暖的被窝起不来?
冬天起床可太难了!现在,你可以从果蝇身上借一个赖床的理由了——科学家发现,果蝇体内有一些可以感知寒冷的神经元,可能会让果蝇在低温时睡不醒。最近,美国西北大学的马可·加里奥(Marco Gallio)团队,在《当代生物学》期刊上发表了相关研究。
让大脑知道天冷了。和人一样,果蝇在寒冷环境下也有“起床困难症”。通常来说,当果蝇持续不活动的状态超过5分钟时,它们就被认为“正在睡觉”。果蝇是变温动物,25°C是它们最舒适的温度。这个温度配合以正常的昼夜变化,果蝇在这种环境下能够拥有正常的睡眠。它们的大多数睡眠发生在夜晚,白天有时也小憩一会儿。
然而,当温度降低到18°C时,果蝇的起床模式迅速发生了改变——果蝇会在“天亮”时醒来,但很快又转入睡眠状态。它们在早上的活动减少,白天睡眠时间增加,晚上也睡得更多;同时,它们在白天的小憩也来得更早,就好像是人类更容易困似的。不过,一旦温度恢复,果蝇的行为又会回归正常。
这种天冷觉多的情况,很可能与一种叫做“DN1a”的神经元有关。它位于果蝇的大脑背侧,先前的研究发现,DN1a以及其他位于背侧的神经元,可以一同调节果蝇的生物钟,从而影响它们的睡眠活动周期。这一次,研究者发现,这个与生物钟有关的DN1a,还会被外界的温度影响。
果蝇的触角上有一类神经元,可以感受和接收低温刺激的信号。当温度从25°C降低至20°C左右时,这类神经元就会把低温信号传递给下一类神经元,后者释放抑制性的物质,从而抑制大脑中DN1a神经元的活性。这样一来,这些神经元就形成了一个简单的神经环路——当温度降低时,它们会一步一步将“低温”这个信息传递到大脑,并且抑制DN1a神经元。
神经元被抑制,果蝇睡不醒。
DN1a可以调节果蝇的生物钟,又受到低温环境的环境。那么,它在寒冷条件下活性降低的特点,会不会恰好影响了果蝇的睡眠,让它们醒不来?研究者通过改变果蝇的基因,抑制了它们体内DN1a神经元的活性;再将这种果蝇放置到25°C的舒适环境里。结果发现,果蝇在白天活动减少,睡眠增加,小憩的时间也提前了——这些情况与正常果蝇在低温环境里的状况非常相似。
换句话说,DN1a的活性降低,很可能就是果蝇在寒冷环境下睡得多的一个关键机制。
我们在冬天睡不醒,并不完全是因为冷,推迟的日出时间可能也是帮凶。果蝇也有类似的情况,研究者发现,如果没有昼夜交替,而是始终处在又冷又暗的环境里,果蝇是几乎无法睡醒的。类似的,如果抑制了果蝇的DN1a活性,并将它们放在始终黑暗的环境中,果蝇也很难醒过来。通过进一步的实验,研究者预测,光照可能也会影响DN1a神经元,从而调节果蝇的睡眠。
对于果蝇这样的小型变温动物来说,降温对它们有显著的影响。它们很难在这种条件下迅速飞行或移动,这就意味着可能难以逃脱捕食者的掠袭。研究者猜测,果蝇在寒冷环境下“赖床”,可能是为了等到合适的温度再醒来,彼时它们也恢复了活动的能力。
至于人类,我们的身体也会感知温度,并且根据温度作出调节。我们有着比果蝇更加复杂的神经系统,那会不会也有类似的机制,从大脑控制着我们,让我们在冬天无法挣脱被窝?很可惜,人体上现在仍未发现具体的机制。这个冬天要赖床,你大概只能先借一借果蝇的借口了。