脳のような神経が集中して集まる器官を持つ生物には睡眠がつきものであるようなのですが、はたして、脳を持たない生物は眠るのでしょうか？また、生物はいつから睡眠が必要になったのでしょう

睡眠進化の起源を探す研究では、日本の大学を含む国際研究チームが、神経節さえも持たない散在神経系の水生生物ヒドラにも、睡眠のような行動が見られるばかりでなく、他の動物の睡眠に関連した遺伝子にも反応することを発見しました。

「Science Advances」で発表されたこの研究のリーダーである九州大学の伊藤太一助教授は、「生物が脳を獲得する前にも、睡眠の必要性が見られる強力な証拠が見つかった」と述べています。

同じ散在神経系の動物での睡眠行動は、最近になってヒドラの親戚でもあるクラゲでも見つかっていたのですが、中枢神経を持つより高度な動物を睡眠へと導く化学物質が、同じような効果をヒドラに引き起こすのが見つかったのは初めてです。

脳のような中枢神経系を持たない、クラゲやヒドラで睡眠行動が見られたということは、睡眠の進化と脳の進化は別々に起こったものと言えるでしょう。

どのようにして睡眠が現れてきたのかなど、まだ未解決の疑問はありますが、ヒドラは研究しやすい実験生物であるため、今後のさらなる研究によって睡眠のメカニズムの解明が進むだろうと、伊藤准教授は期待を寄せています。

ヒドラは体長１〜２センチの生物で、体中に神経の散らばった散在神経系を持ち、脳のような中枢神経をもちません。

脳を持つ生物での睡眠では、脳波によって睡眠状態を測ることができますが、脳を持たないヒドラではできません。

そこで、研究者たちは代わりに、動画撮影システムを使ってヒドラの動きを追い、いつ動きの少ない睡眠に似た状態に落ちるのかを観察しました。

その睡眠状態は、光を当てることで妨害することのできるものでした。

そして、ヒドラの睡眠リズムは、２４時間の概日リズムとは異なり、活動と休止を４時間で繰り返すものであることもわかりました。

さらに、研究者たちは分子レベルあるいは遺伝子レベルで、睡眠調節機構での他の動物との類似性を発見しました。

睡眠障害の治療に使われるメラトニンをヒドラにさらすと、睡眠の量と頻度が緩やかに上昇しました。

また、多くの生物で睡眠活動と関連のある抑制性神経伝達物質であるGABAをさらすと、睡眠行動が大幅に増えました。

一方、多くの動物で覚醒を引き起こすドーパミンは、ヒドラでは逆に睡眠行動をひきおこしました。

伊藤准教授は、ドーパミンの作用は脳が進化する上で役割を変化させた可能性があるのではと、考察しています。

さらに、研究者たちは振動や温度変化によって、ヒドラの睡眠を妨害し、睡眠不足の状態にすることもできました。

ヒドラが睡眠不足になると、次のサイクルの睡眠が長くなったり、細胞分裂が抑制されるのです。

更に詳しい研究で、睡眠不足になると212遺伝子の発現に変化が見られることもわかりました。

その中には、マウスやショウジョウバエ、線虫といった幅広い動物で、睡眠の調節にカッ変わっているPRKGタンパク質の遺伝子も含まれていました。

ヒドラで睡眠に関わっているこれらの遺伝子と同じ進化的起源を持つハエの遺伝子を取り除いたところ、ハエの睡眠時間が変化しました。

このように、ヒドラで見つかった遺伝子を試すことで、未発見の睡眠調節遺伝子が見つかることが期待できます。

今回の研究から、睡眠は脳の進化よりも先に現れ、脳が進化してもその仕組は保存されてきたことがわかりました。

脳波を持たない単純な神経系を持つヒドラでも睡眠があり、寝不足もあるというのは面白い発見です。

睡眠時、記憶の整理が行われているともいわれますが、ヒドラも記憶力があってその整理をしているのでしょうか？はたまた、夢を見たりもしているのでしょうか？

参考記事: MedicalXpress

脳が先か？眠りが先か？先に進化したのはどっち？