睡眠对我们人类来说是一件非常常见的事情——人们一生中大约有三分之一的时间是在睡眠中度过的。但是对于那些生活在大自然中的野生动物来说，睡觉可能是一件危险的事情。睡觉时，身体对外界刺激的敏感度降低，意味着对危险的警觉性降低，对野生动物可能是致命的。

精选斑马鱼

你可能会问，为什么科学家把斑马鱼作为研究对象？事实上，斑马鱼是一种典型的“模式生物”。它们的全身是透明的，所以科学家可以在正常的生理条件下观察活斑马鱼的神经元变化。同时，斑马鱼的大脑结构与人类非常相似，研究结论对理解人脑的相关机制也有参考价值。

当你醒着的时候，DNA会不断受损

在介绍睡眠的功能之前，先告诉大家一个可怕的事实:当我们清醒时，大脑神经元会积累DNA损伤。这些DNA损伤从何而来？其实很多因素都会对神经元造成DNA损伤，比如电离辐射、核酶，还有我们的“老朋友”氧自由基，甚至神经元正常的生理活动也会造成DNA损伤。比如栗子，当小老鼠本能地被驱使去探索一个新的环境时，也会造成神经元DNA的损伤。

觉醒需要“代价”

Lior团队发现，斑马鱼的神经元染色体在夜间更活跃，但在失眠持续4小时的夜间，神经元染色体的动态水平急剧下降。此外，“强迫睡眠”3小时的白天，斑马鱼神经元的染色体动力学水平明显升高。这些结果表明，睡眠确实与斑马鱼神经元的染色体动力学有关。

研究人员还观察比较了昼夜节律中DNA损伤和染色体动力学的变化，发现两者呈现相反的趋势——即白天DNA损伤累积，夜间逐渐减少；然而，染色体动力学水平在白天较低，在晚上急剧增加。这也证明了DNA损伤积累与染色体动力学水平的相关性。

为了进一步研究睡眠、DNA损伤和染色体动力学之间的因果关系，Lior团队进行了以下实验。

DNA损伤水平和染色体动态呈相反趋势|参考文献

首先，他们排除了染色体动力学水平直接由于神经元活动增加而下降的可能性。在最低水平的脱氧核糖核酸损伤中，它们通过某些化合物抑制神经元活动。结果表明，即使神经元的活性降低，染色体也应该为所欲为，动力学水平没有变化。这表明神经元活动不会直接导致染色体动力学的改变。

接下来，Lior团队开始测试睡眠、DNA损伤和染色体动力学之间的直接关系。他们想到了一个好办法:在斑马鱼生活的鱼缸里加入能导致DNA双链断裂的化合物依托泊苷，观察斑马鱼的染色体动态、DNA损伤和睡眠情况。

他们发现，斑马鱼白天给药两小时后，DNA损伤水平明显升高，但睡眠时间和染色体动力学水平没有明显变化；ETO退出后1小时，斑马鱼睡眠时间开始增加，但染色体动态无明显变化。斑马鱼睡眠时间增加1小时后，染色体动力学水平增加2倍，DNA损伤水平明显下降。然而，在夜间添加ETO会导致额外的DNA损伤和染色体动力学的显著下降。这表明神经元中的DNA损伤和染色体动力学的改善不是同时发生的。白天造成的DNA损伤积累到一定程度会诱发斑马鱼睡眠，而睡眠会导致染色体动力学水平的提高，进而导致DNA损伤水平逐渐下降。

Lori团队提出的睡眠机制:清醒状态下，DNA损伤不断积累，染色体动力学水平较低；睡眠期间，染色体动力学水平增加，DNA损伤水平降低。|引用

这就像是我们生活中的一条繁忙的道路，白天的车比晚上多，道路受到的磨损也比较大，而修路的最佳时间就是晚上车少的时候。睡眠对大脑有好处，因为睡眠时染色体动力学水平增加，这是消除白天积累的DNA损伤的必要因素。

虽然同样的情况在神经元以外的细胞中不会发生，但足以说明睡眠在我们大脑中的重要作用——睡眠可能会弥补我们清醒时用大脑进行各种活动所付出的“代价”，睡眠不足的结果可能是致命的。

这样，当你感到疲劳时，就有必要“补觉”。

参考文献:

睡眠增加染色体动力学，以减少单个神经元中积累的脱氧核糖核酸损伤。自然通讯，2019。第895-895页。

作为研究复杂大脑障碍的新兴模型。药理学科学趋势，2014。第63-75页。

横河，t，等，斑马鱼睡眠和低视蛋白受体突变体失眠的特征。PLoS Biol，2007。第277页。

Suberbielle，e，等，生理性脑活动导致神经元中的脱氧核糖核酸双链断裂，淀粉样β蛋白加重。纳特·神经科学，2013年。第613-21页。

非同源DNA末端连接途径修复双链DNA断裂的机制。《生物化学评论》，2010年。第181-211页。