科学家揭示鲸鱼水中睡眠基因，解码单半球睡眠之谜

科学家揭示鲸鱼水中睡眠基因，解码单半球睡眠之谜

鲸鱼在水中睡觉而不被淹死，这听起来像是一个神奇的传说。然而，科学揭示了一个更令人惊叹的事实：鲸鱼通过一种名为“单半球慢波睡眠”（USWS）的独特方式，实现了在水中的休息。

单半球慢波睡眠是一种特殊的睡眠模式，允许鲸鱼的一侧大脑进入睡眠状态，而另一侧大脑保持清醒。这种机制让鲸鱼能够在休息的同时，保持对周围环境的警觉，避免潜在的危险。这种睡眠方式不仅解决了鲸鱼在水中呼吸的问题，还确保了它们能够及时应对海洋中的各种威胁。

最近，一项由杨光教授和徐士霞教授领导的研究，揭示了这种独特睡眠方式背后的基因秘密。研究团队通过比较基因组学和系统发育方法，发现了8个昼夜节律调节基因在海洋哺乳动物中存在趋同的正选择信号。这些基因中的7个已被证实与睡眠和自发运动调节有关。此外，研究还发现17个昼夜节律基因共享27个趋同氨基酸突变，这些突变与Ca2+信号转导和CREB磷酸化密切相关，为USWS适应提供了关键的分子证据。

为了进一步验证这些基因的功能，研究团队选择了FBXL21和NFIL3两个关键基因进行体内外实验。FBXL21通过靶向细胞质中昼夜节律核心负反馈元件CRY的泛素化降解，影响昼夜节律周期稳定和睡眠长短。实验表明，海豚和海狗的FBXL21具有显著高于小鼠FBXL21的CRY蛋白降解能力和自身稳定性。NFIL3则通过抑制转录参与调节PER/CRY核心负反馈回路，影响昼夜节律振荡周期。研究发现，鲸类NFIL3的特异突变显著降低了其转录抑制活性和蛋白稳定性，这可能有助于鲸类延长活动节律，保持持续的活动和警觉。

鲸鱼的睡眠方式不仅独特，而且极具适应性。它们有两种主要的睡眠姿势：一种是垂直或水平漂浮在水面附近，另一种是与同伴一起缓慢漫游。鲸鱼每天只会花费7%的时间用于睡眠，每次睡眠时间大约在10-15分钟之间。这种碎片化的睡眠方式，让鲸鱼能够在保证休息的同时，最大限度地保持对环境的警觉。

这种特殊的睡眠机制，是鲸鱼5000万年进化历程中的一个奇迹。从陆地到海洋，鲸鱼不仅改变了身体结构，还发展出了独特的生理机制，以适应海洋生活。单半球慢波睡眠的发现，不仅揭示了鲸鱼如何在水中休息的秘密，也为人类理解睡眠和生物钟机制提供了新的视角。未来，这一发现可能为睡眠障碍治疗和生物钟研究带来突破性的进展。

鲸鱼的睡眠之谜，是大自然赋予我们的一个奇妙礼物。它提醒我们，生命的进化充满了惊喜和智慧。正如杨光教授所说：“这项研究为动物睡眠多样性的遗传机制提供了新的见解，展示了生物如何通过基因突变适应极端环境。”