“脳が無い動物でも眠る”と判明! 睡眠の起源はどこにあるのか?

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ヒドラはサンゴやクラゲの仲間。脳が無いヒドラも眠ることが判明した。神経の睡眠システムは脳が誕生するより前から存在していたと考えられる
ヒドラはサンゴやクラゲの仲間。脳が無いヒドラも眠ることが判明した。神経の睡眠システムは脳が誕生するより前から存在していたと考えられる / Credit:Science Advances
reference: 九州大学

脳が無い動物も眠るようです。

10月7日に『Science Advances』に掲載された論文によれば、クラゲやサンゴの仲間(棘皮動物)で中枢神経が存在しないヒドラのような原始的な動物でも「眠る」ことが確認できたのだとか。

これまで睡眠は脳のある生物だけでみられると考えられてきましたが、今回の発見によって常識がくつがえされることになります。

しかし、中枢神経に依存しない睡眠とは、いったいどんなものなのでしょうか?

脳が無い生物にみられる謎の休憩時間

脳を持たない生物も眠るのだろうか?
脳を持たない生物も眠るのだろうか? / Credit:九州大学

睡眠はヒトをはじめとする哺乳類に限らず、魚類や昆虫など幅広い動物で確認されています。

しかしこれまでの研究において「眠る」ことが確認されてきたのはを持つ動物のみであり「睡眠と脳の存在は切り離せない関係にある」と考えられてきました。

事実、睡眠は脳の機能の維持にとって不可欠であることが示されており、睡眠の妨害が脳細胞を殺し、生物を死に至らしめることが多くの研究によって知られています。

一方で、近年の研究により、クラゲやサンゴ、ヒドラといった脳が存在せず、神経が体全体に均等に分布している原始的な動物でも、一定時間ごとに、まるで休憩をとるかのように、活動が停止することがわかってきました。

またこれら脳の無い動物は休憩時間に入ると、活動を停止させるだけでなく、刺激に対しても鈍感になるといった、まるで眠っているかのような状態に陥ります。

そこで日本の九州大学の研究者らは、進化的に脳を獲得していない動物でも、睡眠をとっている可能性があると考え、ヒドラを用いて検証を開始しました。

すると意外な事実が判明します。

脳が無い生物も「睡眠薬」で眠るだけでなく睡眠不足に陥る

黄色い線を境に光が照射されるとヒドラが覚醒状態に移行する
黄色い線を境に光が照射されるとヒドラが覚醒状態に移行する / Credit:Science Advances

研究者が詳細に観察した結果、ヒドラにも外観的には睡眠フェーズとも呼べる定期的な活動停止状態が存在していることが明らかになりました。

またこの睡眠フェーズは上の図のように、パルスの照射によって覚醒状態へと変化させられることも判明します。

ただこの時点では、ヒドラの休憩がヒトなどの睡眠と同質だとは断言できません。

そこで研究者たちは、ヒトや魚類、昆虫など脳がある動物にとって広く「睡眠薬」となりうるメラトニンGABAといった物質をヒドラに与えてみました。

すると、これらの睡眠にかかわる物質を与えられたヒドラもまた、活動停止状態に移行したのです。

このことは、脳が無い原始的なヒドラと脳があるヒトをはじめとした動物が、同じシステムによって眠っていることを示唆します。

またより睡眠の証拠を確実なものにするため、研究者たちはヒドラを睡眠不足にする実験を行いました。

ヒトや魚類、昆虫は睡眠不足になると共通の遺伝子が活性化することが知られています。

もしヒドラの休憩を邪魔することで、同じような睡眠不足にかかわる遺伝子が活性化する場合、ヒドラは眠るだけでなく、睡眠不足にも陥ると言えます。

そこで研究者たちはヒドラに定期的な振動を与えることで、ヒドラを持続的な覚醒状態に維持し、働いている遺伝子を調べました。

結果、強制的な覚醒はヒドラにおいてもヒトと同じような睡眠不足関連の遺伝子が41個も活性化していることが判明します。

この事実は、脳の無いヒドラの休憩が、脳があるヒトなどの睡眠と同質であることが遺伝子レベルで示されたことを意味します。

今度は逆にヒドラにとっての「睡眠薬」を脳のある動物に試してみる

ヒドラに存在するPRKG1という遺伝子を制御すると哺乳類や昆虫の睡眠時間が延長される
ヒドラに存在するPRKG1という遺伝子を制御すると哺乳類や昆虫の睡眠時間が延長される / Credit:Science Advances

ヒドラが睡眠不足に陥るときに働く遺伝子の中には、これまで知られていない未知のものが含まれていました。

そこで研究者たちは、ヒドラにとっての睡眠にかかわると遺伝子を、今度は逆に脳がある動物(ハエ)で制御してみることを思いつきます。

もし脳が無い動物と脳がある動物の睡眠が進化的に同質であるならば、脳が無いヒドラで発見された睡眠の仕組みを逆輸入することで、脳がある生物の睡眠を制御できるはずだからです。

実験を行った結果、予測は当たりました。

ヒドラで睡眠にかかわることが発見された遺伝子を制御すると、ハエでも同じように睡眠時間の延長や短縮が起こることが判明したのです。

睡眠は脳の誕生以前から存在する古いシステムだった

脳が無くても動物は何億年も前から眠ってきた
脳が無くても動物は何億年も前から眠ってきた / Credit:depositphotos

今回の研究によって、睡眠は脳の有無にかかわらず、動物にとって普遍的な現象であることが示されました。

この事実は「睡眠」は、地球上の生物が脳を持つようになる(5億年前と考えられる)以前から存在した、非常に古いシステムであることを意味します。

つまり「脳があるから睡眠が必要になった」わけではなく、神経をもつ動物に元々あった睡眠の仕組みを、中枢神経が後から自分の都合のいいように取り込んでいたのです。

また今回の研究は、新たな睡眠薬の開発につながる可能性もあります。

睡眠の仕組みが脳の有無にかかわらず存在するという事実は、ヒドラが原始的な睡眠のモデルになる可能性を示しており、ヒドラで新たに睡眠にかかわることがわかった遺伝子が、人間でも働いている可能性があるかもしれません。

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