為什麼動物會睡覺?為什麼人類會“浪費”三分之一的時間睡覺?在整個進化過程中，睡眠對所有神經係統的生物而言，都是不可或缺的。即便是無脊椎動物像是蒼蠅、蠕蟲甚至是水母也是如此。動物為何睡覺?這被認為是生命科學中最重要的未解問題之一，時至今日依舊是個未解之謎。

如今，以色列巴伊蘭大學的研究人員揭示了一種新的意想不到的睡眠功能，它可以解釋睡眠和睡眠障礙如何影響大腦性能、衰老和各種大腦疾病。研究成果發布在《Nature Communications》雜誌上，該研究利用活體斑馬魚的3D延時成像技術，研究人員用單染色體分辨率來定義睡眠，並首次證明單個神經元需要睡眠來進行核維持。

DNA損傷可以由許多過程引起，包括輻射、氧化應激，甚至神經元活動。每個細胞內的DNA修複係統可以修複這種損傷。目前的研究表明，在清醒時當染色體動力學較低，DNA損傷會不斷累積並達到不安全水平。睡眠的作用是增加染色體動態，使每個神經元中DNA損傷的水平正常化。顯然，這種DNA維持過程在清醒期間效率不高，需要睡眠，減少大腦輸入才能發生。

活幼蟲中單個神經元(紅色，虛線框)中染色體動態(綠色)的成像。圖片來源：David Zada

“這就像路上的坑洞，道路會積累磨損，特別是在白天的高峰時段，在夜間交通稀少的時候修路才是最方便和最有效的。”巴伊蘭大學生命科學學院教授Lior Appelbaum說道。

Appelbaum教授把DNA損傷的積累稱之為“清醒的代價”，他和他的研究夥伴們假設，睡眠可以鞏固和同步單個神經元的核維持，並著手證實這一理論。

活體斑馬魚中染色體動態(紅色)和神經元活動(綠色)的同時成像。圖片來源：David Zada

研究人員利用高分辨率顯微鏡，在斑馬魚清醒和睡眠狀態時，可以在體內觀察細胞內DNA和核蛋白的運動。研究人員驚訝地發現，當身體休息的時候，染色體夜間更活躍，就是這種增加的活性使修複DNA損傷的效率得以提高。

研究結果表明，染色體動力學可以作為確定單個睡眠細胞的潛在標誌，並提出睡眠的恢複功能是核維持。 “我們發現了睡眠、染色體動力學、神經元活動、DNA損傷和修複與整個生物體有直接的生理相關性。睡眠有助於減少清醒時大腦中積累的DNA損傷。” Appelbaum教授說。

Appelbaum教授總結說：“盡管存在對環境意識降低的風險，但動物必須睡眠讓其神經元執行有效的DNA維護，這可能是睡眠在動物界進化和如此保守的原因。”