「なぜ生物は眠るのか？=むしろ睡眠の方が生命体にとってのデフォルト状態」――。投稿した内容が「寝る為に起きるというか」「この世界は神の見る夢で成り立っているって説に繋がりそう」と5.7万いいねの話題に

「「なぜ生物は眠るのか？」という問いに対し、近年の睡眠研究の進歩を挙げながら、

・むしろ睡眠の方が生命体にとってのデフォルト状態である
・生物は睡眠を進化させたのではなく、覚醒を進化させたのではないか

と問いかける記事。

すごく興味深い着眼点だと感じました。」――。Daichi Konno / 紺野大地(@_daichikonno)さん“が投稿した内容が「寝る為に起きるというか…(分かってない)」「この世界は神の見る夢で成り立っているって説に繋がりそう」「太古の人間は、今よりたくさん眠っていたのかも。」「まあ寝てるだけだと「なんのために生まれてなにをして生きるのか」って感じにはなるだろうけどw」と話題を呼んでいます。「5.7万」いいねを集めた内容とは。。。。

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記事の要約：睡眠は脳を持つ生物に特有のものであるという長年の考えが覆されている

記事の要約は以下の通り

南カリフォルニア沿岸のケルプの森に潜ると、オレンジ色のパフボールスポンジ（Tethya californiana）が見つかるかもしれません。パイに使われるミニサイズのカボチャのような生き物です。2017年にカリフォルニア大学（UC）サンディエゴ校の神経科学者であるウィリアム・ジョイナーが、海綿動物が昼寝をするかどうかを調べようとするまでは、どの研究者も気に留めていなかった。

ここ数年、ミミズ、クラゲ、ヒドラなどの研究により、睡眠は脳を持つ生物に特有のものであるという長年の考えが覆されている。

地球上に出現した最も古い動物のひとつである海綿動物は、まさにその条件に当てはまる。その海綿動物の居眠りを発見すれば、これまでの研究者の睡眠の定義や目的の理解が覆されるかもしれません。

科学者たちはこれまで、睡眠とは一時的に意識を失うことであり、それは脳によって調整され、脳のために行われるものだと定義してきた。そのため、脳のない生物の睡眠を研究することは議論の余地があります。シンシナティ小児病院メディカルセンターのゲノム生物学者John Hogenesch氏は、「この生物の多くは、少なくとも私たちと同じようには眠っていないと思います」と語る。

クラゲやヒドラに見られる安静で無反応な状態を「スリープライク」と呼ぶ方が受け入れやすい。

しかし睡眠はこれまで考えられていたような現代の脊椎動物ではなく、おそらく5億年前に最初の動物が出現したときに進化したと考えている。

ワシントン大学（セントルイス）の神経科学者であるポール・ショーは、「生きていれば眠るものだと思います」と言う。初期の生命体は、環境に反応する方法を進化させるまでは無反応であり、睡眠はデフォルトの状態に戻ることだと彼は示唆している。

“私たちは睡眠を進化させたのではなく、覚醒を進化させたのだと思います。”

もしそうだとすれば、人間やげっ歯類などの脊椎動物の睡眠は、それぞれの生物のニーズやライフスタイルに合わせて高度に進化した行動ということになる。

進化の早い生物は、細胞の種類が少なく、分子経路も複雑ではなく、行動も単純であるため、睡眠の最も基本的な形を明らかにできるかもしれない。

そこで一部の睡眠研究者は、ミバエや回虫などの無脊椎動物、そして最近では海綿動物やもう1つの進化初期のグループである胎生動物に注目している。

睡眠の効果は脳だけでなく、筋肉、免疫系、腸なども、いつ、どのようにして睡眠をとるかに関与していることがわかってきました。

睡眠をコントロールする要因が明らかになれば、睡眠障害の新たな治療法が見つかるかもしれない

なぜ眠れない人がいるのか、また、睡眠障害が健康やパフォーマンスにどのような影響を及ぼすのかを理解するのに役立つことを期待しています

睡眠に関する初期の研究では、睡眠が人間の行動をどのように変えるかで定義されていました。私たちは横になり、目を閉じて動かず、外界を意識しないようになります。また、睡眠をとらないと、機能が低下してしまいます。睡眠不足になると、会議中に集中できなかったり、運転中に居眠りをしてしまったりと、機能が低下してしまいます。

脳科学者たちは、頭の表面の電極から脳の活動を捉える方法を発見し、人間の睡眠には大きく分けて2つの段階があることを明らかにした。すなわち、夢を見るような活発な段階であるREM（Rapid Eye Movement）レムと、ゆっくりとした同期的な電気発火の波であるnon-REMノンレムである。

また、動物の世界では、行動学的、生理学的な実験により、睡眠がいかに多様であるかが明らかになっており、牛などの大型の放牧哺乳類は立ったまま眠ります。

海洋哺乳類の中には泳ぎながら眠るものがあり、海鳥の中には飛行中に仮眠をとるものがいますが、これは脳の半分を休ませ、もう半分を働かせているのです。コウモリは1日に約20時間、野生のゾウはわずか2時間しか眠らないと言われています。電気記録法を用いて研究した動物のほとんどは、少なくとも2つの睡眠段階を持っているが、その段階を特徴づける脳活動はさまざまである。

睡眠のサイン

人間や他の生物の睡眠を特徴づける行動を広く探すと、非常に単純な動物でも、ほとんどの動物が休息状態にあることがわかってきました。それぞれの生物がどの程度の基準を満たしているかは議論の余地がありますが、この研究によって、人間でも睡眠の役割や制御についての理解が進んでいます。

眠っているクラゲは起きているクラゲとよく似ていて、電極を装着することはほとんど不可能だからだ。代わりに研究者は、単純な生物がいつどこで休息を求めているのかを認識し、眠るときに停止する行動を見つけなければならない。研究では、動物が反応しないことを確認するために、動物をつついたり、その他の方法で悩ませたりしなければなりません。また、強制的に起きている状態にすることで、結果が出るかどうかも確認しなければなりません。

2017年、マイケル・エイブラムスと他の2人のカリフォルニア工科大学の大学院生は、浅い海底近くにいる傾向があることから「逆さクラゲ」と呼ばれるカシオペアについて、そのようなテストを考案した。カシオペアは、エネルギー源となる光合成微生物に光が多く届くように触手を上に向けて脈動している。夜になると、この動きが1分間に60回から39回に減ることを観察しました。

さらに、クラゲが本当に眠っているかどうかを確かめるために、水槽に偽の底を作り、それを下げてみました。夜になると、寝ぼけたクラゲは昼間よりも反応が鈍くなり、新しい底に向かって泳いでいきました。また、クラゲの上に水流を流してクラゲを撹拌したところ、翌日のクラゲの活動は、まるで睡眠不足から回復したかのように低下した。最後に、市販の睡眠薬であるメラトニンを投与すると、クラゲの脈動は夜の速度に減速した。これだけのことを、本物の脳を持たずにやってのけたのだ。クラゲには、鈴の縁に神経細胞が集まったリングがある。

最近、研究者たちは別の脳のない生物の昼寝を捉えた。クラゲの親戚である淡水の静止生物、ヒドラ・バルガリスである。九州大学の時間生物学研究者である伊藤太一氏らは、実験室で12時間の明暗を繰り返す中で、この体長1cmの動物が触手をくねらせる様子を撮影した。暗いところでは、ヒドラの活動が低下していた。より単純な動物の睡眠を調査している他の研究者も、反応性の低下などの行動上の変化に基づく定義を採用してきた。

しかし、最近では、哺乳類や睡眠をとることが知られている他の生物の睡眠を促進する経路に含まれる遺伝子を持っているかどうかといった、分子的な基準への移行を提唱する研究者もいる。例えば、伊藤のチームは昨年、睡眠不足のヒドラで200以上の遺伝子の活動が変化することを報告した。これらの遺伝子のうちいくつかは、ミバエの睡眠に関与しているという。

「スタンフォード大学の神経生物学者であるPhilippe Mourrain氏は、「私たちは、行動学的、生理学的な定義から、細胞学的、分子学的な定義へと移行しつつあります。「スタンフォード大学の神経生物学者Philippe Mourrain氏は、「行動学や生理学的な定義から、細胞や分子レベルでの定義へと移行しています。

睡眠が、脳を持つ生物にとって有益であることは疑いの余地がありません。睡眠は、脳の記憶を定着させ、有害な老廃物を洗い流します。また、神経細胞間の結合を刈り取ったり強化したりすることで、脳の可塑性を維持するのにも役立つかもしれない。

しかし、脳を持たない動物が睡眠を必要とするのであれば、それらの機能がすべてではないはずだとSehgalは言う。「睡眠が非常に広く保存されていることを考えると、基本的な生理的プロセスを維持するための基本的な機能を果たしているのかもしれません」。

最近、脳のない動物から得られたいくつかの知見によると、睡眠がエネルギーバランスや代謝に影響を与えていることが示唆されています。ライゼンの研究チームは、研究対象となっている線虫が、代謝要求が高いときにだけ昼寝をすることを発見した。幼虫は、脱皮して外骨格が入れ替わるときや、過剰な熱や紫外線（UV）によるストレスを受けたときに、1～2時間ほどぐったりとしてしまう。睡眠と代謝を直接結びつけるのは、「塩誘導性キナーゼ3」という酵素です。この酵素は、哺乳類では睡眠を調節する働きがあることが知られているが、線虫では蓄えられた脂肪を動員してエネルギーレベルを高める働きがある。ヒドラでも、代謝と睡眠の両方を司る遺伝子が発見されている。

皮膚が透明な魚

シースルーの魚「Danionella translucida」は、身体が睡眠をコントロールする仕組みを解明できるかもしれない。James Jaggard、PHILIPPE MOURRAIN、ADAM DOUGLASS、ADRIADNE PENALVA
睡眠不足の研究では、睡眠の代謝的な役割も指摘されています。Sehgalは、突然変異によって睡眠時間が短くなったミバエは、窒素の代謝がうまくいかず、タンパク質の分解や再構築、廃棄物の処理に支障をきたすことを発見しました。その結果、ポリアミンと呼ばれる電荷を帯びた分子が蓄積され、DNAやRNAに損傷を与える可能性があると、Sehgal教授のチームは10月2日、bioRxivに報告した。「睡眠不足になると、影響を受けるのは脳の機能だけではありません」と彼女は言う。

ハーバード・メディカル・スクールの生物学者Dragana Roguljaらは昨年、Cell誌に報告した。研究チームは、この蓄積が何らかの形で両種の早期死につながることを発見した。ログルジャは、多細胞動物が最初に進化した器官の1つである腸が、もともと睡眠の恩恵を受けていたと考えており、「動物が複雑になるにつれて、（睡眠の）追加的な役割の多くが進化した」と述べている。

しかし、動物がなぜ眠るのかという本質に迫るためには、腸を持たないような単純な種で研究する必要がある。ライゼンは、ゴマほどの大きさの丸くて平たい透明な生き物で、細胞が2層に分かれており、それぞれの細胞には繊毛と呼ばれるむちむちした突起物がついているだけのプラコゾンに注目した。プラコゾアンは神経細胞を持たず、細胞は繊毛の動きを制御する化学物質の分泌によってコミュニケーションをとっている。米国国立神経疾患・脳卒中研究所の神経科学者で、10年以上にわたって胎盤動物を研究しているキャロリン・スミス氏は、「他の生物に付着して生きる寄生虫を除けば、胎盤動物は地球上で最も単純な動物です」と語る。

プラコゾアンは、微細藻類を発見して草を食べるために立ち止まるまでの間、繊毛を使って傍らの岩に沿ってランダムに這い回る。ハノーバー獣医科大学の進化生物学者Bernd Schierwater氏は、夜になると動きが鈍くなると指摘する。この減速は、次の給餌サイクルに備えて充電するための「睡眠への最初の（進化上の）ステップ-休息のためのリズムを得る」ことを意味すると考えている。エネルギーを大量に消費する神経細胞を持たない動物にとっては、これで十分な休息になるかもしれない、と彼は言う。

アメーバに似た単純な多細胞生物であるプラコゾア

研究者たちは、初期に進化したプラコゾアが眠っているかどうかを知りたいと考えている。しかし、クラゲやヒドラの研究によって、睡眠は頭の良い生物だけのものではないことが明らかになった。胎盤動物は時にその場で回転することがありますが、これも一種の睡眠ではないかとスミスは考えています。プラコゾンは紫外線を浴びると痙攣する生物なので、この状態で紫外線に反応しなくなるかどうかを調べることができるかもしれない。彼女はライゼンに実験用の動物を提供した。

ジョイナーは、パフボール・スポンジについても同様の問題を抱えていた。ジョイナーは、共同研究者であるスクリップス海洋研究所の海洋生物学者グレッグ・ラウスとともに、食べた微生物を含んだ新鮮な海水を常に供給しなければならないこの繊細な生物を、手塩にかけて育てた。ジョイナーは毎日、通勤途中に海に立ち寄り、海水を採取した。研究者たちは、海綿を入れた桶をインキュベーターに入れ、光量と温度を管理した。そして、水槽の上にデジタルカメラを設置し、海綿体が食物をろ過するために水槽に水を送り込む際の微妙な収縮を観察した。

最終的には、水槽に設置されたマグネットスターラーの助けを借りて、3時間に1回程度の頻度で海綿体が収縮し始めるほど、海綿体を健康に保つことができました。ジョイナーによると、この収縮は、睡眠に関連した変化を監視できる信頼性の高い行動であり、非常に興味深いことだという。

別の海綿動物の研究では、海綿動物には休息のサイクルがあり、1日に海綿動物の体積の1,000倍に相当する水を汲み上げた後に、細胞を再編成して若返らせることができると考えられている。クイーンズランド大学（セントルシア）の海洋生物学者、サンディー・デグナンとバーナード・デグナンは、グレートバリアリーフに生息するアンフィメドン・クイーンズランドの収縮に、1日のリズムのヒントがあることを発見しました。そして、スポンジとしては初めてそのゲノムを解読した後、2017年には、他の生物の概日リズムに関連するいくつかの遺伝子が、24時間周期でオンとオフを繰り返すことを報告した。大学院生のDavide Poliは未発表の研究で、スポンジの体の特定の部位が、まるで交代で働いているかのように、1日中ポンプを停止しているように見えることを観察しました。これは、「睡眠に近似した行動」かもしれないという。

アルバータ大学エドモントン校の海洋生物学者、サリー・レイスは、今後の研究では、グルタミン酸などの収縮を促す物質を使って、海綿体のポンプを何時間も、あるいは何週間も停止させて、健康状態が低下しないかどうかを調べることができるという。「これは、多細胞動物であるがゆえに、組織の修復や再生が可能な期間があるかどうかに依存していることを示しているのかもしれません」。

全身の細胞が睡眠の恩恵を受けているのであれば、それらの細胞が睡眠のタイミングについて何らかの発言をするのは当然のことです。睡眠のコントロールスイッチを探すことは、米国だけでも6,000万人の患者がいる睡眠障害の新しい治療法につながる可能性があります」と述べています。

カリフォルニア大学ロサンゼルス校の神経科学者であるケテマ・ポールは、遺伝子発現を制御するどこにでもあるタンパク質で、睡眠不足のマウスが起きているのを助けることで知られるBmal1を研究しています。これまで研究者たちは、脳がその作業のためにBmal1を作って使っていると考えていた。しかし、ポール教授らは、睡眠不足のマウスが、代わりに筋肉で作られたBmal1に依存していることを発見した。ポール教授は、このタンパク質が、筋肉の運動量と眠気のレベルを結びつける経路の一部ではないかと考えている。そして、Bmal1を筋肉に作用させる薬があれば、徹夜の弊害を解消できるかもしれないと期待を寄せている。「私は、睡眠はすべて脳に関係していると思っていました」と彼は笑います。「それは間違った見方であるだけでなく、同僚の多くがいまだにそう思っていると彼は言います。

他のマウス実験では、消化管、膵臓、脂肪組織が神経ホルモンと呼ばれるシグナル分子を生成し、それが睡眠の開始と持続に影響を与えるらしいことがわかっている。これらの器官から脳へのフィードバックを理解することで、「脳以外の器官を標的とした薬による、新しい薬理学的アプローチが可能になるでしょう」とSehgalは言う。

スタンフォード大学のMourrain教授のチームは、親指の爪ほどの大きさの透明な魚、Danionella translucidaの細胞ごとに、このフィードバックプロセスを観察する方法を開発している。蛍光タグなどのマーカーを使って、魚の脳や体の特定の分子の活動を追跡することで、さまざまな種類の細胞がどのように睡眠をコントロールし、その恩恵を受けているのかを長期的に観察するのである。

15年前にムレインが魚の睡眠の研究を始めたとき、「魚は眠らないという意見が多かった」と彼は振り返る。しかし、2年ほど前に魚の睡眠ポリグラフィーの技術を開発し、人間と同じように、魚も静かな状態と活発な状態を繰り返すことを発見してから、状況は一変しました。「この発見は、私たちの分野の転換点となりました」とMourrain氏は言う。これにより、魚が睡眠研究において哺乳類の代用品となりうることを、懐疑的な人々に確信させることができた。

果たして、オレンジ色のスポンジは、睡眠に懐疑的な人たちを驚かせる次の生物になるのだろうか？すぐには無理かもしれない。ジョイナーとラウスは、信頼性の高い実験を行うために、海綿動物の健康状態を長く保つことができなかった。数ヶ月間の試行錯誤の後、彼らはセットアップを見直すために作業を中断した。その後、COVID-19が発生し、実験は中止となった。ジョイナー社には、実験を再開するためのスタッフがいない。

しかし、最も単純な動物でも本当に眠っていることを示すために、別のスポンジが代わりに登場するかもしれません。伊藤はメールの中で、自分の研究室がこれらの単純な生物を研究していることをこっそりと紹介している。今のところ、”眠っている “という表現がふさわしいようだ。”これらは現在進行中のプロジェクトです “と書いてある。