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为探究环境线索对水螅（Hydra）睡眠样状态的影响，研究人员开展了光和温度周期对水螅睡眠样状态影响的研究。结果发现光和温度均影响水螅睡眠样状态，且水螅优先响应温度变化。该研究为理解无大脑生物睡眠调控机制提供了依据。
在奇妙的动物世界里，睡眠是一种普遍存在的生理现象，它就像一个神秘的守护者，与动物的生存和健康息息相关。科学界有一个被广泛接受的 “两过程模型”，认为睡眠是由睡眠压力和生物钟相互作用来调节的。然而，对于那些没有大脑和生物钟的生物，它们的睡眠样状态是如何被调控的，这仍然是一个未解之谜。水螅，这种小小的淡水刺胞动物，虽然结构简单，既没有大脑也没有传统意义上的生物钟，但却有着类似睡眠的状态。研究水螅睡眠样状态的调控机制，不仅能让我们更深入地了解这种古老生物的生存奥秘，还可能为揭示睡眠在生物进化历程中的演变提供重要线索。在这样的背景下，来自九州大学（Kyushu University）和冈山大学（Okayama University）的研究人员，展开了一项关于温度周期对水螅睡眠样状态影响的研究，其成果发表在《Zoological Letters》上。
研究人员为了深入探究这一问题，运用了多种关键技术方法。首先，采用行为跟踪技术，对水螅的行为进行持续监测。他们将水螅置于特定环境中，利用红外光和 CMOS 相机，结合定制的 ImageJ 宏程序，对水螅的活动进行量化分析，从而准确获取水螅的睡眠参数。其次，进行了水螅身体切除实验，在行为跟踪前约一到两小时，将水螅的中央区域切断，保留上半身和下半身，以此研究不同身体部位对环境线索的响应差异。此外，通过测量觉醒阈值，评估水螅在不同温度下对光刺激的反应，为研究睡眠样状态提供了多维度的数据支持 。
水螅在低温下睡眠样状态的昼夜变化
研究人员在 12 小时光照 - 12 小时黑暗（LD12:12）的条件下，分别在 10℃和 20℃环境中对水螅进行行为分析。结果发现，无论温度如何，水螅的睡眠样状态都存在昼夜变化，黑暗环境中的睡眠时间比光照条件下更长。与 20℃相比，10℃时水螅的总睡眠时间显著增加，睡眠发作次数减少，平均睡眠发作时长（ABL）显著延长，入睡潜伏期缩短，并且对光刺激的唤醒比例显著降低。这表明在低温环境下，水螅的睡眠样状态持续时间更长，对刺激的敏感性更低 。
温度周期对水螅睡眠样状态的影响
研究人员在持续黑暗环境中，设置 20℃:10℃的温度周期（TC），对水螅进行行为分析。结果显示，在温度周期中，水螅在温暖期的净睡眠时间显著降低，在寒冷期显著升高。进一步研究发现，当温度差为 5℃（如 15℃:10℃的温度周期）时，水螅能明显响应温度变化调整睡眠状态；而当温度差为 2℃（如 12℃:10℃的温度周期）时，睡眠持续时间的差异较小。这说明水螅能够感知不同温度范围，但至少需要 5℃的温差才能对温度周期做出响应。此外，研究还发现，在 20℃:10℃的温度周期中，10℃时水螅的清醒活动水平显著降低，这表明低温下睡眠样状态的增加可能与代谢活动降低有关 。
水螅优先将温度作为环境线索
为了探究光和温度同时变化对水螅睡眠样状态的影响，研究人员在光照和温度同步（光期高温、暗期低温）以及不同步（光期低温、暗期高温）的环境中进行行为分析。结果发现，在两种环境下，水螅在低温阶段的睡眠时间均显著高于高温阶段，这表明水螅优先将温度作为环境线索。同时，研究还发现，在不同步环境中，水螅的睡眠发作次数显著降低，入睡潜伏期显著缩短 。
环境周期对水螅不同身体部位的影响
研究人员通过切除实验，探究水螅不同身体部位对环境线索的响应。结果显示，在 LD 周期条件下，水螅的上半身能像完整水螅一样表现出睡眠样状态的昼夜变化，而下半身在第一天的睡眠时间没有明显变化；在 TC 周期条件下，上半身和下半身在温暖期睡眠时间均显著降低，寒冷期显著升高；当同时提供 LD 和 TC 周期时，完整水螅和上半身的睡眠样状态与单一环境线索下相似，而下半身在昼夜的睡眠样状态存在显著差异。这表明水螅的上半身能够在单一环境线索下响应环境周期改变睡眠样状态，而下半身只能在 TC 周期下改变睡眠样状态 。
在讨论部分，研究人员指出，水螅作为变温动物，在低温下总睡眠时间增加，符合低温降低代谢和生理活动的一般认知。但水螅在 10℃时仍能保持与 LD 周期同步的睡眠样状态节律，且具有较高的觉醒阈值，说明其睡眠样状态的调节较为复杂。此外，温度对水螅睡眠样状态的调节存在阈值，这反映了水螅利用温度变化作为适应性线索来调节睡眠，以适应自然环境温度的波动。同时，研究还发现水螅不同身体部位对环境线索的敏感性不同，上半身对光敏感，可能是因为头部存在光感受器相关蛋白；而下半身虽然对光不敏感，但在温度周期下能调节睡眠样状态，说明温度敏感性在水螅中可能是全身性的 。
这项研究意义重大，它揭示了温度在水螅睡眠样状态调节中的多方面作用，不仅影响睡眠时间，还在响应环境周期方面发挥关键作用。水螅不同身体部位对光和温度线索的差异响应，为研究简单生物睡眠样状态的神经和感觉调节机制提供了重要线索，为进一步研究刺胞动物及其他简单动物睡眠样状态的分子和生理基础奠定了基础，有助于我们更全面地理解动物界睡眠的进化和调节机制 。
