昆蟲睡覺嗎?如果睡的話,是不是和人類的睡眠時間差不多?
昆蟲當然也睡覺。
不知道大家還記不記得,在上學時曾經學到的《莊子·齊物論》中講到了莊子的困惑:「不知周之夢為胡蝶與,胡蝶之夢為周與?」。是蝴蝶在做夢,還是莊子在做夢,蝴蝶和莊子究竟誰在誰的夢裡?
莊子的這篇小故事,堪稱經典,哲理也很深。話說上周有一天一整宿的沒睡著,一直都在想各種無邊際的事情,一開始數羊、然後數螞蟻,然後又好像看到了蝴蝶在飛,就想到了莊子的這個問題,於是更加睡不著了……
Whatever,回到這個問題,蝴蝶(昆蟲)究竟能不能睡覺?
首先我們先來定義一下睡眠。如果以我們人類,乃至全體哺乳動物為例子的話,睡眠(Sleep)可以說是一種與覺醒(Wakefulness)相對的狀態,在睡眠的情況下腦電波呈現同步化慢波,嗅覺、視覺、聽覺、觸覺等減退,骨骼肌反射和肌緊張減退,同時還會出現如血壓下降、心率減慢、瞳孔縮小、體溫下降等改變。睡眠和覺醒的狀態,一般通過腦電圖、肌電圖、眼動圖等就能明顯的區別開。
人類一個睡眠周期中,不同睡眠狀態相互交替(W代表覺醒,R代表快速眼動睡眠,N1、N2、N3代表非快速眼動睡眠的三個時期)(圖片來源:Wikipedia.org) 然而對於其它的、難以應用上述指標的動物而言,勢必需要一套更普遍的標準來進行定義,包括:運動減弱、保持特定的姿勢、對外界刺激反應減弱、快速的恢復性(容易被打斷,回歸覺醒狀態)、對睡眠剝奪的反彈、穩態控制等等。
運用這套標準,我們可以發現,除了我們已知的哺乳類和鳥類之外,包括斑馬魚(Danio rerio,D. rerio)在內的魚類,果蠅(Drosophila melanogaster,D. melanogaster)在內的昆蟲,甚至如線蟲動物門的秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans,C. elegans),都有「睡眠」的行為(不過睡眠的形式不盡相同),而且在神經生物學和分子生物學上都具有相當的保守性,甚至能夠用以作為研究人類睡眠機制的模式動物。
睡眠的進化,可見隨著物種進化越高級,睡眠的形式也越複雜(Sponges海綿,Jellyfish水母,Nematodes線蟲,Molluscs軟體動物,Flies蠅,Fish魚,Reptiles爬行動物,Birds鳥,Mammals哺乳動物)(圖片來源:參考文獻 [1]) 線蟲、果蠅和人類在清醒和睡著時候的神經活動狀態(圖片來源:參考文獻 [1]) 舉個例子,在果蠅中,我們可以用下面這套裝置來監測它們的睡眠狀態。
果蠅活動力監測裝置(Drosophila activity monitor)(圖片來源:http://www.cecad.uni-koeln.de/research/principal-investigators/prof-dr-linda-partridge/) 每根管子中放入一隻果蠅,一段封閉以果蠅食物,另一端則以棉花塞封閉(圖片來源:Seggio, Joseph,Drosophila Information Service,2013) 用一根特製的,內徑大約3mm的有機玻璃管,裡面放入一隻果蠅,一端封閉上果蠅食物,另一端封閉上棉花塞,以紅外線記錄下果蠅單位時間打斷紅外線信號的次數,從而標記出它的活動狀況。一般來說,我們認為果蠅只要連續5分鐘出現靜息的狀態,便是在睡眠了。
果蠅的睡眠某種程度上也跟人類類似,比如說主要集中在晚上進行長時間睡眠,也有一定的年齡變化(年齡大的睡眠時間短),甚至能有效促進哺乳動物覺醒的咖啡因也能同樣給與果蠅興奮等。
更有趣的是,相信大家也會有體會,如果某天因為要肝論文或者準備考試而通宵的時候,當第二天一旦有了機會可以睡覺,此時睡眠的時間和深度都會顯著高於以往,而且保持清醒的時間越長,此後睡眠的慾望也會越強烈。但具體的生物學機制是什麼呢?
在2016年的時候,科學家們就在果蠅身上找到了這一現象的秘密(發表在《Cell》上,論文題目為「Sleep Drive Is Encoded by Neural Plastic Changes in a Dedicated Circuit」)。
簡單地說,他們在果蠅大腦的橢球體(ellipsoid body)中發現了一種叫R2神經元的細胞,這種神經元在得到充分休息的果蠅中活躍度很低;但在「通宵」或者臨近睡眠時間的果蠅上,R2神經元釋放的神經遞質增多,活躍度升高,強烈促使果蠅進行睡眠。
清醒和睡眠剝奪致使果蠅R2神經元內鈣離子水平及NMDA受體表達升高,導致突觸前激活區的數量增多,促進睡眠(圖片來源:參考文獻 [3]) 可以說,這些模式動物在幫助我們揭示睡眠的機制和睡眠相關疾病方面的研究中起了相當大的作用,也期待未來有更多的發展。
睡著的果蠅寶寶和線蟲寶寶(圖片來源:https://whyfiles.org/和http://2016.igem.org/) 不過雖然蟲子也能睡眠,但是要它們去夢見莊周,怕是不太可能了。因為做夢只會出現在快速眼動睡眠期(rapid eye movement sleep)中,而這一狀態也只有哺乳動物和鳥類才有,所以莊子倒不必要擔心自己正身處蝴蝶夢中了。
————————
最後,放一個小蜜蜂睡著的可愛視頻(是不是跟你賴床時很像?哈哈哈哈)(視頻來源:Sleeping bee,from John Hallmén),各位也早點休息~
睡著的蜜蜂參考文獻
[1] Kirszenblat L, Van S B. The Yin and Yang of Sleep and Attention.[J]. Trends in Neurosciences, 2015, 38(12):776-786.
[2] Liu S, Liu Q, Tabuchi M, et al. Sleep drive is encoded by neural plastic changes in a dedicated circuit[J]. Cell, 2016, 165(6):1347-1360.
[3] Lymer S, Blau J. Do Flies Count Sheep or NMDA Receptors to Go to Sleep?[J]. Cell, 2016, 165(6):1310-1311.
Mr-HH其它回答
Mr-HH:有沒有動物細胞與植物細胞雜交成功的實例?
Mr-HH:病毒之間存在群體感應嗎?
Mr-HH:細胞有沒有聲音?
Mr-HH:眼睛長在前面的是生物鏈頂端的生物,長在兩邊的是中層或者底層。這句話是真的嗎?
Mr-HH:不侵入螞蟻大腦就可以操縱「喪屍螞蟻」的寄生真菌是怎麼做到的?
Mr-HH:一群螞蟻搬食物,如何保障前進方向?
Mr-HH:如果人可以關閉痛覺是怎樣的體驗?
Mr-HH:除了視覺外,動物界還有那些用來感知周圍世界的奇妙能力?
Mr-HH:有哪些動物是有「特異功能」的?
Mr-HH:如何通俗地理解 2017 年諾貝爾生理學或醫學獎「晝夜節律」?該發現對日常生活有哪些影響?
Mr-HH:存在雌配子比雄配子多的生物嗎?
Mr-HH:傳說中蟑螂不能拍死,否則會有很多幼蟲被放出,是嗎?
Mr-HH:蚊子完成一次吸血的過程是怎樣的?需要多長時間?
Mr-HH:有哪些能輕鬆穿透人類真皮層的小生物?
Mr-HH:人的外表為什麼是接近於對稱的?
Mr-HH:小鼠腸道菌群的失調會促進脫髮,人類能否通過某種方法(益生菌、飲食補充,增強羧化酶活性等)來抑制脫髮?
Mr-HH:單只蚯蚓被一分為二式切斷後,其頭部和尾部所長成的蚯蚓是否有都意識?如果都有,意識是否一致,為什麼?
Mr-HH:高等動物的衰老能否逆轉?
Mr-HH:有沒有能同時感染動物和植物的病原體?
Mr-HH:病毒對人類有沒有益處?
Mr-HH:腸道微生物組增加宿主壽命的原理是什麼?人類能否通過某種益生菌來延緩衰老?
Mr-HH:昆蟲和寄生蟲會得癌症嗎?昆蟲得癌症如何治療?
Mr-HH:有哪些名字比較有意思/有故事的細菌?
Mr-HH:病毒是怎麼破壞細胞的?
Mr-HH專欄文章目錄
不需要用電的自然空調系統,白蟻的巢穴是怎麼做到的?
遠航火星不再是夢——NMN是對抗宇宙輻射的新方法?|細胞學·說
淺談2017年諾貝爾生理學或醫學獎——控制晝夜節律的分子機制|細胞學·說
細菌也可以作為「壯陽葯」?不過不是人的,是領鞭毛蟲的|細胞學·說
幾丁質在呼吸道的積累可以導致老年肺部纖維化|細胞學·說
說起來你可能不信,細胞中不起眼的纖毛除了決定你的左右對稱,還與這些重要功能相關|細胞學·說
【動漫里的生物學趣事】螢火蟲照亮的真相——名偵探柯南
【動漫里的生物趣事】像妙蛙種子一樣地光合作用——帶你認識一類存在於自然界中的半植物半動物
【動漫里的生物趣事】寄生的蘑菇可以控制派拉斯的思維?等等,這些寄生物也能
【動漫里的生物趣事】皮卡丘為什麼能放電?(從電鰻的角度來分析)
【動漫里的生物趣事】色彩斑斕的海中星星(派大星amp;amp;amp;海星星)
【動漫里的生物趣事】海綿寶寶的不死之身
【趣味模式生物】與人類「互惠共生」的大腸桿菌
【趣味模式生物】微如草芥,卻貢獻巨大——擬南芥
【趣味模式生物】體態優雅的秀麗隱桿線蟲
【趣味模式生物】開啟諾獎之門的小昆蟲——黑腹果蠅
【趣味模式生物】在家也能養的「水中小白鼠」——斑馬魚
【趣味模式生物】疾病模型?放著我來——小鼠
綜述:長文回顧WHO十年間面對的三場全球性疫情(甲流、埃博拉、寨卡)
2017年高考理綜全國I卷實驗設計大題解析amp;DNA與RNA病毒小科普
2017年高考理綜全國I卷遺傳大題解析
歡迎關注
知乎專欄 Mr-HH的生物學科普 及 Mr-HH
昆蟲當然也需要睡覺啦,而且睡覺的樣子萌萌噠!
怎麼知道它在睡?
一般而言,判斷昆蟲是否進入睡眠狀態可以遵循以下幾點:01 在一定的時間內保持身體相對靜止;02 有特定的姿勢和專門的場所;03 對於外界的干擾或刺激反應閾值增加。
關於第三點,進入睡眠狀態的昆蟲對外界的反應變得遲鈍,但又不像昆蟲的假死(feign death)那樣完全沒有反應。在生物學上稱之為「torpor」,即「蟄伏」狀態。處於「蟄伏」狀態的昆蟲,其對於外界的刺激的響應的敏銳度明顯下降,或者完全並不在乎,除非這個刺激足夠強烈。就好像上圖中用手輕輕碰觸睡眠中的蜜蜂的觸角,它的身體只是發出一次本能的應激反應,然後就不管它了,繼續它的甜蜜美夢。
如果外界刺激足夠強烈,蟄伏狀態中的昆蟲會在數秒鐘這內跳出睡眠的狀態。激發昆蟲醒來的外界刺激可以是聲音、運動,以及太陽的升起或降落等等。
什麼時候睡?
昆蟲睡覺的時間,取決於其生物學特性。一般來說,夜行性昆蟲在白天睡,日行性昆蟲當然是晚上睡啦。當然這都是廢話啦。不過跟人類一樣,雖然大多數人都是在晚上睡,總也難免會出現夜貓子的情況,昆蟲界當然也有這樣的現象存在的。
在哪睡?
一般而言,昆蟲的睡眠場地會選擇在它看來是相對舒適、隱秘和安全的地方。當然,這只是「一般而言」和「在它看來」,因為站在人類或是捕食者視角,尤其是從喜歡拍昆蟲的小編的角度來看,昆蟲的睡眠場所多多少少有那麼一些隨隨便便。總體而言,每一類昆蟲幾乎都會有其對於睡眠場地的獨特要求:比如樹葉下、枝葉尖、石縫中、樹皮夾層等各處。有的昆蟲短期內會對某個具體的睡眠場地情有獨鍾,一旦選定,就非它不可,常會驅逐其它同類。也有的昆蟲偏喜群集睡眠,如青條花蜂。也會有幾種不同的昆蟲雜處而眠的情況發生。
怎麼睡?
這是小編最感興趣的部分,也是回答這個問題的動力所在。在昆蟲界,各種昆蟲的睡姿可謂是大相徑庭、各顯神通。有的與平時無異,有的會蜷縮身體,還有的會凹出一個別緻的造型。固定床位的方法,也有伏、趴、抱、懸、咬等各個路數。
以下是各種昆蟲的床照萌姿(圖源/flickr):
蜷縮而眠的青蜂 艷斑蜂睡覺的時候會把觸角自然地垂下 青條花蜂睡覺的時候是用一對大鍔將自己鎖在枝條上,而且性喜群聚,特別有意思。 細腹食蟲虻的特技型睡姿 另一個角度下睡眠中的艷斑蜂 垂翅而眠 絲帶蜂的睡姿 金鳳蝶幼蟲的睡姿? 這個不知道是個啥,觸角很搶眼。 睡在同一張床上的不同昆蟲。說話它們是不是喝多了或者太困了,看見這條黃花條紋就都把對方當成同類了?
睡,但是我想解釋為休息更好。你說的時間差不多是什麼意思?一天休息8小時還是睡眠時間占壽命的比例。有些昆蟲的壽命只有幾個月,有的甚至更短。所以不可能一天休息8小時。至於說比例是否相當,我也不知道。不好意思。其他昆蟲睡不睡覺我不知道,我只知道蚊子這種昆蟲一晚上都讓我睡不好覺。。結論,蚊子這種昆蟲可能不睡覺,或者可能至少晚上不睡覺
螞蟻一天好像只休息幾分鐘
推薦閱讀: