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為什麼搞懂大象怎麼睡覺是件重要的事

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這算不算是世界最大的 Fitbit?

人類和動物得做幾件事以傳遞他們的基因:吃,避免被吃掉,繁殖和睡眠。缺少這些生物學上的必要條件導致死亡。但是當我們睡著了,就沒辦法執行其他的功能。因此現代科學的一個大謎題就是:為什麼我們得睡覺?

關於人類為何睡覺,科學家提出了許多答案。一個是廢物的清除,另一個是記憶整合。若想測試這些想法是否有效,有個方法是看這些想法如何適用於通常沒被研究的異國動物(如大型非洲哺乳動物)的睡眠。

過往研究表明,較大的哺乳動物睡眠往往少於較小的哺乳動物。所以體重在3000到5000公斤之間的非洲成年大象,不應該睡得太多。記錄腦電波是證明動物是否睡著的一種可接受的方法:大腦全腦活動的特徵在大腦清醒時,慢波睡眠或正在做夢(REM睡眠)時有所差異。但是,由於大部分顱骨為大額鼻竇組成,要在大象身上用外科手法幾乎是不可能的。

為了克服這一點,我們在威特沃特斯蘭德(Witwatersrand)大學的比較神經生物學小組,以及來自大象無國界加州大學洛杉磯分校的同事,改造了一種用於人類睡眠研究的活動計量儀。這使我們能夠監測兩隻野生大象母親的睡眠模式和習慣。

而研究團隊在 PLoS ONE 期刊上發表的結果之所以重要,有兩個原因。通過了解動物的睡眠,我們可以深入了解如何提高人類睡眠和生活品質。但同樣關鍵的是,理解像大象這樣的動物睡眠,有助於我們更了解它們,並提高我們的能力,發展出有益的保育和管理策略。

調查結果

我們使用的設備會輸出每分鐘的加速事件次數。它可以輕易植入皮膚下,以測量大象何時移動或不移動。在野外觀察大象之後,我們發現牠們身體最活躍的部位是象鼻。我們推斷,如果象鼻靜止五分鐘,代表大象很可能已經睡著 – 所以我們將活動計量儀植入在象鼻皮膚下。

將設備與 GPS 項圈、陀螺儀相結合,測量 x,y 和 z 平面上的身體運動,我們得到四個非常有趣的觀察結果:

  • 大象每天平均休息兩個小時;
  • 他們大部分的睡眠發生在站立的時候,但每三至四天會躺下來睡覺一次;
  • 有些晚上,他們沒有睡覺,而是行走了30公里
  • 他們睡覺和醒來的時間的環境條件與日升日落無關。

大象睡眠的秘密,告訴我們……

針對囚禁環境中的大象,現有研究發現,他們每天平均睡眠 4 至 6 小時。這是因為他們有足夠的時間睡覺。他們不必外出,尋覓食物來維繫身體所需,他們有更高品質的飲食,也沒有被捕獵的風險。

一隻大象需要每天吃約300公斤低品質的食物,因此也沒有太多時間留給睡覺。大象腦中的特點之一是下丘腦的食慾素神經元。這些神經元控制飽腹感和覺醒之間的平衡:如果你已經吃飽了,神經元就會沉默,讓你睡覺。如果沒有,他們會讓你醒來。

這種平衡和飲食品質解釋了為何越大型的哺乳動物睡眠越少,或草食動物睡眠少於肉食動物和雜食動物(如人類)。大象的數據支持此一睡眠研究中的新興理念,並幫助解釋為什麼大象睡得如此之少。

在被囚禁的環境中,大象大部分睡著的時候是躺著睡,但是他們有時也站著睡。通過陀螺儀和活動計量儀的組合數據,我們發現野生大象大多站著睡。每隔三天或四天才會躺下睡覺,為時大約一個小時。

哺乳動物在快速眼動期(REM)睡眠期間無法控制骨骼肌張力。所以對於一隻大象來說,要進入REM睡眠,就得躺下,因為沒有任何肌肉張力將非常難以保持站立,除非他們靠在一棵樹或一塊大石頭旁。

有想法認為 REM 睡眠的功能是記憶整合 – 白天的經歷會在 REM 睡眠期間被轉化為長期記憶。大象具有良好的長期記憶,但卻只在每三至四天才進入一次短短的 REM 睡眠。這意味著記憶鞏固理論可能不是 REM 睡眠功能存在的答案。

環境線索

有些夜晚,大象沒有入睡。一頭象有三個晚上都沒睡,另一頭則是兩個晚上沒睡。在這些無法入睡的日子,日落後不久,大象就遭遇打擾,也許是遇上出來狩獵的獅群,盜獵者,或是進入情緒暴烈期(Musth)的公象。在一夜之間,大象遠行約 30 公里。這種大象的行為未曾被記錄。這表明大象確實需要很大的空間,這在大象保育方面是很重要的 – 似乎小規模的保育地無法提供他們足夠的空間。

最後,大象睡覺(睡眠開始)和醒來(睡眠結束)的時間與日落和日出無關。然而,兩者都與環境的「真實感受」密切相關:像是溫度,濕度,風速和太陽輻射的混合。看來,要在對的時間入睡和醒來,環境線索是很重要的。如果我們更仔細研究,我們或許可以調整人類的睡眠環境,讓自己有更好的睡眠。

作者:威特沃特斯蘭大學比較和演化神經生物學教授保羅·馬格爾(Paul Manger)
本文最初發表在 The Conversation 上。 閱讀原文

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活躍星系核

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