从表面上看，睡眠是易见的，也是不可或缺的生理现象。它以漫长、慵懒、可预测的波浪形式出现，涵盖了人类、大象、鸟类、鱼类和甲虫。它带来了恢复、修复和学习。它遵循着我们细胞深处循环的祖先节奏，受到我们星球围绕恒星运动的指引。
如果不是因为一条让人不爽的盲鱼，也许我们本可以相信这个美好而简单的幻想。
十多年前，这种鱼——墨西哥丽脂鲤（Astyanax mexicanus，又称盲鱼，无眼鱼）——引起了纽约大学一名研究生的注意。它并非科学界新发现的物种——几十年来，它一直是水族爱好者和研究人员着迷的主题，他们对它幽灵般的外貌和本应是眼睛位置上覆盖的皮肤感到惊讶。
但这种鱼的其他怪癖更加神秘。
墨西哥丽脂鲤。© Wikipedia
在曼哈顿，这些鱼远离它们的起源地：遍布墨西哥东北部的一系列不起眼的洞穴。这些洞穴中，始终一片漆黑，凉爽、安静，相当无聊。这是一个看似完美的睡眠场所。
因此，充满好奇的研究生埃里克·杜布埃（Erik Duboué）决定测试这些鱼是否表现出不寻常的睡眠习惯。2009年的一个深夜，他在凌晨2点来到实验室，注意到这些没有视力的鱼有些奇怪：它们似乎非常清醒。
进一步调查后，他发现，尽管它们原生环境中充满了催眠气氛，但它们几乎不怎么睡觉。事实上，他发现它们每天只会打盹大约三个半小时。而且它们的睡眠时间似乎完全随机，只持续很短的一段时间。
令人感到奇怪的是，这些洞穴盲鱼似乎在这种不规律的作息中茁壮成长了几十万年。“你看到的是一种完全健康的鱼，只不过，它不需要睡觉。”如今已经是佛罗里达大西洋大学（Florida Atlantic University）分子遗传学家的杜布埃说。
从那时起，杜布埃和其他人就一直在研究这些清醒生物的奇怪睡眠——在实验室中刺激它们，将它们从偶尔的睡眠中唤醒，并探究它们的DNA。结合对其他动物的研究，以及一些让人类在洞穴中睡觉的奇特实验，科学家们正在揭示有关睡眠的最新真相，而这些真相在我们明亮、有规律的世界中却一直困扰着我们。
一
在漫长的进化历程中，许多动物似乎在很少的睡眠下也能正常生存。
加拉帕戈斯群岛的军舰鸟（Frigatebird）进行长达数周（甚至数月）的海上狩猎旅行，飞行途中只会每次小睡几分钟，每晚总共不到40分钟的睡眠时间——不到它们通常每晚休息时间的十分之一[1]。甚至，聪明的非洲象似乎在野外每晚只有几小时零散的睡眠时间，但它们可以活到60多岁乃至70多岁，仍然保持着惊人的认知、社交、语言和记忆能力[2]。
这些极端例子已经让我们长期以来对睡眠至关重要的假设受到了质疑。
但是墨西哥盲鱼引起了杜布埃的兴趣，因为它们的“失眠”实在是出人意料。同一物种的墨西哥盲鱼也生活在洞穴外部，它们在阳光照耀下的河流中迅速穿行。这些鱼装饰得与它们的环境十分匹配，拥有两只完全正常的眼睛，并享受健康的13小时睡眠。
属于同一物种墨西哥盲鱼的“一体两面”：一种拥有完全正常的眼睛，而另一种几乎完全丧失了视力。© Nature
这两个种群之间的差异——生活在地表和洞穴中的——使这些鱼成为生物学家们的宠儿：它们为探究进化过程提供了现实的方式[3]。但科学家们此前主要关注的是这些鱼在外貌上的明显差异。这种适应性在某种程度上是有道理的：如果眼睛在漆黑一片的环境中毫无用处，那么就没有必要浪费能量来长出眼睛或制造色素。
然而，在杜布埃出现之前，没有人注意到这种鱼的睡眠方式。“对于在黑暗中生存了100万年（根据不同的观点而异）的鱼身上研究睡眠似乎是个很合理的想法。”他说。
他进行了第一个睡眠跟踪实验：用摄像机来跟踪鱼的活动。但他还是忍不住想去查看一下鱼。于是他在半夜溜进了实验室。他立刻就看出这些洞穴鱼类根本不像生活在地表的鱼类那样在睡觉。
从科学的角度来看，洞穴盲鱼的美妙之处在于，它们都显示出相同的失眠特征，尽管它们来自不同的地理种群——从塔毛利帕斯（Tamaulipas）的洞穴到圣路易斯波托西（San Luis Potosí）的洞穴，每个种群都是在各自的洞穴中独立演化的。
大约80万到100万年前，即卡拉布里亚期（Calabrian），地表水流过这片大陆，使该地区的大部分地区成为相互连接的栖息地，鱼类可以在其中游来游去——在水道上来回游动，进出洞穴，或在水中晒太阳。并且可能在晚上按照正常的、遵循生理节律的方式入睡。但后来，水退了。洞穴与主要水道隔开，里面的鱼被困住了。
这种情况在数十万年后再次发生，甚至在最近的20万年前也发生过——这一次，新的地表墨西哥丽脂鲤被困在了洞穴中，它们在数十万年的时间里，像物种惯常的那样，不断进化。
然而，在长期与世隔绝的洞穴中，该鱼类种群似乎都走向了相同的、无休止的不眠之夜——这为睡眠进化提供了一种罕见的科学观察视角[4]。
科学家们发现[5]，许多适应性特征——从无眼到失眠——似乎是通过不同的遗传路径产生的。但是，两波被困在洞穴的鱼类都显示出，一种叫做“下丘脑泌素”（hypocretin）的神经递质的基因发生了变化。
正如杜布埃所解释的，下丘脑泌素是“一种唤醒系统”。在实验室研究中，他们发现所有的墨西哥盲眼洞穴鱼确实都有过多产生下丘脑泌素的细胞[6]。
下丘脑泌素不仅仅是对鱼类有效，它在各种动物，包括人类，都发挥着相同的唤醒作用。下丘脑泌素的紊乱会导致人类和狗（最初是在狗身上发现的）的嗜睡症。
“这是一件非常有趣的事情”，杜布埃说，这个相同的系统有助于控制睡眠和清醒，“无论你是人类，还是老鼠，或是鱼类。”甚至是那些只在偶尔睡上几秒的盲鱼。
因为通常有两个因素会控制睡眠：昼夜节律和维持这一节律的外部信号。
二
在几乎所有的动物中，睡眠被认为受到昼夜节律的控制，而这些节律又来自外部信号，这些信号被称为“时间提示器”（zeitgebers）。“时间提示器”是外部的有力提示，它是自然的摇篮曲（去睡觉）以及大自然的闹钟（该醒来了）。
人们曾经认为昼夜节律只受阳光的调控，但研究人员后来发现，各种各样的环境力量可以推动它：温度、月相周期，甚至是食物的供应。例如，在没有光线的世界中，生活在深海热液喷口附近的深海贻贝（deep sea mussels）可以根据潮汐来计算时间[7]。
然而，墨西哥盲鱼完全生活在一片死寂的“时间提示器”中。没有温度和光线的变化，甚至月亮对它的小水池的潮汐引力作用也微乎其微。一些研究人员推测，蝙蝠可能会在洞穴中飞进飞出，进食后在特定时间将粪便排到水中，从而成为一种“时间提示器”。但科学家们迄今没有发现任何证据表明，蝙蝠的节律会影响鱼类的睡眠。
难道是这种“时间提示器”的完全缺席，使得它们的昼夜节律与居住在地表的同类如此不一致吗？
当杜布埃和其他研究人员进行调查时，他们发现，这个昼夜节律的谜底十分复杂[8]。许多生活在没有光线的环境中的动物，如果暴露在规律的光线模式下，其潜在昼夜节奏可以被激活。但是这些鱼不同，“由于某种原因，它们失去了可调节的节律。”杜布埃说。
那么，这些鱼究竟是如何知道何时入睡和何时醒来的呢？他表示，这个问题仍然没有明确的答案。
“我们知道睡眠和昼夜节律是相互关联的。”杜布埃说。但对洞穴鱼和其他地下动物的研究表明，“驱动昼夜节律和睡眠需求的进化力量可能彼此不同。”
索马里洞穴鱼，又称安氏坑鱼，这种鱼的生物钟十分独特，周期长达47个小时，而且其对于所有光刺激都毫无反应。© The Conversation
许多地下物种的睡眠时间很短，但仍然具有正常的生物钟——包括杜布埃在老挝和泰国研究的其他洞穴鱼类——尽管它们可能已经在没有光线同步的情况下生存了几十万年（索马里洞穴鱼[Somalian cavefish]已经失去了可以跟随光信号的昼夜节律，但目前为止保留了与进食同步的节律）。遗传研究表明，最近被孤立在洞穴中的鱼类物种更有可能保留活跃的昼夜节律，尽管它们已经脱离了24小时的睡眠节律。
尽管将睡眠与昼夜节律脱离听起来有些奇怪，但从某种逻辑上讲，这是有道理的。许多生物维持昼夜节律来进行诸如进食和繁殖之类的活动，但不一定进行像我们认为的睡眠：细菌、植物、真菌就是例子[9][10][11]。
科学家还在别的生物身上发现了奇怪的昼夜节律的抑制或改变：蜜蜂幼虫、北极驯鹿、某些种类的鼹鼠[12]。而且，维持任何一种系统，包括昼夜节律，都需要能量，而洞穴环境往往食物稀缺。因此，也许如果不需要昼夜节律，它们就会像洞穴鱼的眼睛一样，被扔进进化的废品堆？
韦恩州立大学（Wayne State University）生物系主任、曾研究其他洞穴中的栖息物种睡眠节律（或缺乏节律）的马库斯·弗里德里希（Markus Friedrich）表示：“我们通常听到‘特征’（trait）就会想到形态。”就像达尔文雀（Darwin’s finches）一样：改变环境，喙的形状也会改变。因此，对于如此复杂的睡眠行为，也可能是这样的情况？
这种可能性的确切进化动力学仍在研究中。“生物钟很可能只是影响睡眠的众多调控过程之一，”弗里德里希说。他指出，睡眠就像动物中的任何其他特征一样，“睡眠这个特征是可以塑造的。”
三
1938年6月4日，芝加哥大学的心理学教授纳撒尼尔·克莱特曼（Nathaniel Kleitman）和研究生布鲁斯·理查森（Bruce Richardson）深入肯塔基州的猛犸洞（Mammoth Cave），进入一个类似大厅的巨大洞穴，以验证在没有常规光线的极端环境中是否会改变他们的睡眠节律。
© The University of Chicago Library
他们携带了灯笼、温度计和捕鼠器（以免受到干扰）。但没有时钟。附近的猛犸洞酒店提供了床铺、精美的床单和随机时间的餐食。他们在洞穴中度过了32天，那里的温度始终保持在54华氏度（约12摄氏度），克莱特曼在他1939年的著作《睡眠与清醒》（Sleep and Wakefulness）中写道，“寂静，也是彻底的。”
在他们一个月的逗留期间，这两位科学家进入了一个28小时的日循环，大约睡9个小时，接下来的19个小时保持忙碌。这似乎证实了克莱特曼的观点，即“没有任何根据可以证明某些宇宙力量决定了24小时的节律”——但这也表明，存在内在的力量，使得人类的睡眠形成了独特的、每日的、有节律的循环。
自那以后，其他人类洞穴睡眠实验涉及的滞留时间更长——将人们从熟悉的“时钟”中抽离出来，比如意大利社会学家莫里齐奥·蒙塔尔比尼（Maurizio Montalbini）在洞穴中居住了长达一年。蒙塔尔比尼进行了众多创纪录的洞穴逗留实验，通常是独自一人，其中包括从1993年开始的一次洞穴滞留，持续了366天（他当时认为只有219天）。
蒙塔尔比尼。© IALP Mountain Museums
在对自愿隔离在地下或超级掩体中的人群进行的其他研究中，一些人习惯了14小时睡眠，然后34小时活动的节律，另一人则创造了长达58小时为一天的日循环[13]。但总体来说，大多数人仍然保持接近24小时的周期，这突显了昼夜节律在我们的身体中的作用，即使在缺乏标准时间线的情况下，在一生的一小部分时间里也是如此。
“我们从这些实验中了解到，我们实际上与果蝇非常相似，因为生物钟是调节睡眠活动的主导力量。”弗里德里希说，他研究了生活在巨大洞穴中的地下甲虫的睡眠（也是克莱特曼和理查森滞留的洞穴）。
弗里德里希指出，果蝇实际上倾向于在太阳升起之前醒来，也许是在为最佳觅食时间做好准备。同样，人类和其他动物也可能受到可预测的昼夜循环的影响，以保持清醒，为寻找食物的最佳时间做好准备。弗里德里希说，从这个角度看，“动物是未来事件的预测者。”但对于洞穴鱼来说，在没有这些波动的环境中，未来或多或少与现在一样：所有时间都同样适合进食，就像适合休息或保持清醒一样。
早期对人类进行的“时间剥夺”实验，为在昼夜节律周期中强有力地控制睡眠以及其他生理功能（如激素释放和免疫系统）铺平了道路。随着时间的推移，人们越来越认识到昼夜节律在组织生物学方面的关键作用，2017年，诺贝尔生理学或医学奖颁发给了三位揭示昼夜节律周期分子基础的研究人员。
加州大学洛杉矶分校塞梅尔神经科学与人类行为研究所睡眠研究中心（Los Angeles Semel Institute for Neuroscience and Human Behavior）主任杰罗姆·西格尔（Jerome Siegel）在2001 年向克莱特曼表示敬意时写道，克莱特曼的洞穴实验是“人类昼夜节律研究史上的一个关键事件”[14]。
但是，这种驱使人类睡眠的强大力量是否也可以被推翻呢？
在上世纪30年代的洞穴实验中，当时的一份简报写道，克莱特曼的目标之一是“确定人类有多容易摆脱24小时的习惯” 。半个多世纪后，蒙塔尔比尼解释说，他进行了长时间失去“时间提示器”的地下滞留，部分原因是为了更好地理解当人类长时间远离地球的节律时可能会发生什么。
事实证明，32天乃至366天的时间，根本不足以让这些科学家变成完全不规律的睡眠者，当然也没有夺走他们的眼睛。
那么，如果我们将离开地球表面的舒适节奏，迁往一个具有完全不同太阳日的行星或卫星，或者到太空殖民地或地下大都市居住多代，会发生什么呢？我们的物种是否也会偏离8小时的有序睡眠模式？
弗里德里希坚信“会的”。他说：“我们正在进化，具有高度适应性。”并且有理由认为，如果给予足够的时间，一个适应我们新环境的新睡眠模式将会占主导地位。
这一可能性，得到了关于人类睡眠如何因不同的时间提示而变化的研究的支持。研究发现，正是缺乏下丘脑泌素细胞（那些在墨西哥洞穴鱼中过多的细胞）导致了人类的睡眠障碍，以及嗜睡症。长期以来，西格尔一直寻求如何更好地理解睡眠，以及什么因素引发睡眠或阻碍睡眠。
西格尔说：“有很多关于人类睡眠的迷思。甚至，我在睡眠科学领域的同事们也争论不休。”其中一个流行的迷思是，我们在黑暗时应该睡觉，在光线明亮时应该醒着——睡眠周期长达12小时——工业化时代人造灯光破坏了这种模式。
但西格尔表示，事实并非如此。
在他最近的一些研究中，他探讨了时间安排人类睡眠的力量。他并不是像在洞穴实验中那样将人们与这些因素隔离开来，而是试图找到在最自然的状态生活下、拥有我们祖先线索的人们。西格尔花了数年时间研究非洲、南美洲和南太平洋的狩猎采集者和传统农业群体的睡眠模式。这项工作让他认识到，一种经常被忽视的时间提示的力量，似乎可以调节人类的睡眠：不是光，而是温度[15]。
例如，他的研究跟踪了纳米比亚社区的睡眠情况，那里的气温全年从零度到超过100华氏度（37.8摄氏度），白天有相当大的温差。在经典的基于实验室的睡眠研究中，这种变化会被认为是干扰因素。他对此有不同的看法。“这不是干扰因素，这是睡眠进化的正常方式。”西格尔说。
他也参与了追踪野生非洲象睡眠不足的研究[16]。他认为，实验室研究以及普遍的气候控制，严重削弱了这一古老而重要的时间提示因素，有时会对人类睡眠产生巨大影响。
他指出，正如许多生活在气候受控环境中的人所经历的那样，昼夜相对稳定的温度可能是失眠的一个重要因素。他认为，失眠症患者在工业和后工业社会人口中约占10%~30%，而在当代的狩猎采集者和农耕社群中，即使是那些可以随时开灯的人，失眠症的患者也只有约1%~2%[17]。
然而，与洞穴鱼不同，大多数人类生活在当代的时钟同步环境中——在这种环境中，一些信号，如温差，已经被削弱，而其他信号，如光照时长，也被打乱——这种情况已有几代人了。我们那传统的昼夜节律仍在试图掌控局面。我们无法知道需要多少代人类才能再次找到更多的睡眠和谐。
不过，睡眠的多样性和灵活性存在于大多数物种中。墨西哥洞穴鱼，不论失明的还是拥有正常视觉的，只是这种情况的最极端案例——同一物种睡眠行为的截然不同。正如杜布埃所指出的，人类中的个体睡眠模式已经有很大的差异，从5到10个小时不等。并且，越来越多的研究发现，个体对于入睡和醒来的偏好时间存在自然的差异。
正如杜布埃所主张的，研究睡眠在所有野生、自然差异中的表现对于更好地理解其巨大潜力至关重要。我们对睡眠的大部分了解，都是基于对模式生物（model organism，指受到广泛研究，对其生物现象有深入了解的物种。编者注）的研究，这些生物经过几十年的培育，被创造成尽可能一致，并在高度受控的环境中代代相传。因此，为了真正了解睡眠，科学家们需要穿上雨靴，回到自然的混沌中。
在对猛犸洞内黑暗和黄昏区域甲虫的研究中，弗里德里希及其同事发现，即使是单个个体的甲虫也可以根据环境来调整其睡眠模式，这一发现，与几十年来在实验室中测试动物对奇怪光线和黑暗模式的睡眠反应研究相一致。
“你可以将其称之为睡眠可塑性。”弗里德里希表示，“我们现在认识到，睡眠的持续时间和模式只是众多可能结果中的一种。”
“我从中学到的是，睡眠可以进化得多么迅速”，杜布埃说，“睡眠可能是进化最快的特征之一。”如果发现自己被困在洞穴中的墨西哥丽脂鲤可以在仅仅几十万年内（相对）迅速地放弃规律的、集中的睡眠，那么问题来了：一个长时间、不间断的睡眠真的很重要吗？
正如杜布埃所指出的，睡眠实际上并不合乎逻辑：它不利于进食、交配或自卫。“从进化的角度来看，睡眠实际上并没有太多的意义，然而它在动物界一直存在。”[18]
因此，这些鱼类和其他奇怪的不易疲倦的动物已经打开了一个相当令人发狂的潘多拉盒子：我们是否真的知道睡眠的用途是什么？
事实上，理论比比皆是，但确凿的答案却难以找到。
我们还没有能够读懂这些不易疲倦的动物在进化中所达成协议的详细条款，无论是浮士德式的还是其他的——以便摆脱看起来对动物生命来说如此刚性和不容置疑的需求。
至于杜布埃自己，他将继续在深夜的宁静中思考这些问题。“我从来没有睡得好过”，他说，“我是一个彻头彻尾的失眠症患者。”因此，他将有足够的时间来解决睡眠这个奇怪世界中的下一难题。
参考文献
[1]www.nature.com/articles/ncomms12468
[2]journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0171903
[3]onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jez.b.22978
[4]www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(11)00292-2
[5]onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ede.12412
[6]elifesciences.org/articles/32637
[7]www.nature.com/articles/s41467-020-17284-4
[8]www.nature.com/articles/ncomms3769
[9]www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abe2086
[10]academic.oup.com/plcell/article/18/4/792/6114862
[11]journals.asm.org/doi/10.1128/microbiolspec.funk-0039-2016
[12]royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2013.0019
[13]www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2019.00442/full
[14]www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9148915/
[15]www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(15)01157-4
[16]journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0171903
[17]www.nature.com/articles/s41598-019-53635-y
[18]journals.biologists.com/jeb/article/221/11/jeb159533/34132/The-origins-and-evolution-of-sleep
原文/nautil.us/what-we-can-learn-from-an-insomniac-fish-405226/
本文来自微信公众号：利维坦 （ID：liweitan2014），作者：Katherine Harmon Courage，由译者腐竹与瘦竹基于创作共享协议（BY-NC）发布，校对：tim