พฤติกรรมตอนกลางคืนของแพลงก์ตอนอาจให้ข้อมูลเชิงลึกว่าการนอนหลับมีวิวัฒนาการอย่างไร
เราทุกคนต้องการการนอนหลับ สล็อตฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ แต่การบรรลุถึงสิ่งนั้นอาจเป็นเรื่องที่ละเอียดอ่อน คนนอนไม่หลับไม่สามารถล้มหรือหลับได้ นักท่องเที่ยวต้องทนทุกข์ทรมานจากอาการเจ็ทแล็ก ความวิตกกังวลทำให้ผู้คนตื่นขึ้นในเวลากลางคืน หรืออาจเป็นแค่ค้อนที่วิ่งข้ามถนนโดยลืมตาขึ้น บางคนหันไปพึ่งที่อุดหู ผ้าม่านสีเข้ม หรือแอลกอฮอล์เพื่อกล่อมให้หลับ แต่คนอื่นไปที่ทางเดินเสริมและรับเมลาโทนิน
ฮอร์โมนเมลาโทนินจะหลั่งออกมาจากสมองของเราในเวลากลางคืนและช่วยควบคุมการนอนหลับ แต่สารเคมีนี้ไม่ได้จำกัดเฉพาะมนุษย์ หรือแม้แต่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม รากฐานของบทบาทของเมลาโทนินในการหลับใหลทุกคืนของเราย้อนกลับไปได้อีกมากในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ เอกสารฉบับใหม่มุ่งเน้นไปที่บทบาทของเมลาโทนินในสัตว์ทะเลขนาดเล็กที่เรียกว่าแพลงก์ตอนสัตว์ ปรากฎว่าสัตว์เหล่านี้ใช้เมลาโทนินมากพอๆ กับที่เราทำ ซึ่งบ่งบอกว่าต้นกำเนิดของพฤติกรรมเหมือนง่วงนอนอาจอยู่ใต้ทะเล
“สำหรับทุกๆ ระบบและฟีเจอร์ที่สร้างมนุษย์หรือสัตว์อื่นๆ ในปัจจุบัน คุณสามารถถามคำถาม: มันเริ่มต้นที่ไหน? มันเริ่มต้นอย่างไร? บทบาทและหน้าที่แรกของมันคืออะไร และทำไมมันถึงกลายเป็นความซับซ้อนมากขึ้น? ผู้เขียนร่วมการศึกษา Detlev Arendt นักสัตววิทยาที่มหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์กในเยอรมนีกล่าว ห้องปฏิบัติการของ Arendt ได้ทำการศึกษาคำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้ในPlatynereis dumerilii พยาธิตัวตืด ใน ทะเล หนอนที่อาศัยอยู่ในทะเลที่ดูเหมือนตะขาบตัวนี้สร้างตัวอ่อนที่ลอยอยู่ในน้ำเปิดเป็นแพลงก์ตอนสัตว์ ตัวอ่อนขนาดเล็กเหล่านี้เคลื่อนตัวขึ้นและลงในแนวน้ำด้วยการเคลื่อนไหวของตา อวัยวะที่เรียวยาวคล้ายขนที่ยื่นออกมาจากสิ่งมีชีวิต
การขึ้นและลงนี้เกิดขึ้นทุกคืน เมื่อถึงเวลาพลบค่ำ แพลงก์ตอนสัตว์จะเคลื่อนตัวขึ้นสู่ผิวน้ำ ในตอนกลางคืนและในยามรุ่งสาง พวกเขาจมลงไปในน้ำลึก กลไกทางชีววิทยาที่เป็นรากฐานของกิจวัตรประจำวันนี้อาจเป็นพื้นฐานของจังหวะชีวิตอื่นๆ ซึ่งรวมถึงจังหวะของเราด้วย
“[ตัวอ่อนอยู่] ค่อนข้างห่างไกลจากเราในทางวิวัฒนาการ” Arendt อธิบาย “ดังนั้น ไม่ว่าจะมีลักษณะเฉพาะใดๆ ก็ตามที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ระหว่างมันกับสัตว์มีกระดูกสันหลังอย่างเรา ก็มีอยู่ในกลุ่มสัตว์อื่นๆ เช่นกัน” เขาและกลุ่มสนใจเป็นพิเศษในบทบาทของเมลาโทนินในตัวอ่อน ในการศึกษาก่อนหน้านี้ เขาและห้องปฏิบัติการพบเซลล์ที่ไวต่อแสงที่อยู่ตรงกลางของสมองที่กำลังพัฒนาของแพลงก์ตอนสัตว์ เซลล์มีความคล้ายคลึงกับเซลล์ในต่อมไพเนียลของมนุษย์ ในคน เซลล์ผลิตเมลาโทนินและช่วยควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจ ดังนั้นกลุ่มของ Arendt จึงสนใจว่าเซลล์ในตัวอ่อนแพลงก์ตอนสัตว์อาจแสดงเมลาโทนินและมีหน้าที่คล้ายคลึงกันหรือไม่
Maria Tosches นักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการและพัฒนาการที่มหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์กร่วมกับ Arendt ได้ตัดสินใจว่าตัวอ่อนของหนอนดักแด้เหล่านี้สังเคราะห์เมลาโทนินในสมองเล็กๆ ของพวกมันหรือไม่ และถ้ามันเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวตอนกลางคืนของพวกมันขึ้นและลงในคอลัมน์น้ำ . เมลาโทนินยังดูดซับไอออนที่ไวต่อปฏิกิริยาซึ่งไม่สามารถจับคู่กันได้ ซึ่งอาจทำให้ดีเอ็นเอหรือโปรตีนในเซลล์เสียหายได้ ดังนั้นการมีอยู่เพียงในตัวอ่อนจึงไม่เพียงพอที่จะระบุสาเหตุของจังหวะในตอนเย็นของแพลงก์ตอนสัตว์
เธอพบว่าตัวอ่อนไม่เพียงผลิตเมลาโทนินในสมองเท่านั้น
แต่ยังใช้เพื่อควบคุมการขึ้นและลงของพวกมันในมหาสมุทรด้วย ในเวลากลางคืนเมลาโทนินจะเพิ่มขึ้นและช่องเปิดที่ตาลงไปในน้ำจะปิดลง เมื่อ cilia หด ตัวอ่อนจะจมลงไปในน้ำ เมลาโทนินขนาดพิเศษแม้ในระหว่างวันจะลดจำนวนตาที่ทำงานออกไปที่น้ำ ในทางกลับกัน การปิดกั้นตัวรับเมลาโทนินในตอนกลางคืนทำให้ตาปิดไม่ได้ ทำให้มีตาอยู่ในน้ำมากขึ้นเพื่อขับเคลื่อนแพลงตอน Tosches, Arendt และเพื่อนร่วมงานได้เผยแพร่ผลการวิจัยเมื่อวันที่ 25 กันยายนในCell
Tosches แสดงให้เห็นว่าฮอร์โมนกระตุ้นเซลล์ประสาทจำเพาะสองเซลล์ในสมองของหนอนพยาธิตัวอ่อน กระตุ้นเซลล์ให้ลุกไหม้เป็นจังหวะ เซลล์ประสาทเหล่านี้ปล่อยสารเคมีอะเซทิลโคลีนและสัญญาณก็เพิ่มการปิดเลนส์ปรับเลนส์ เมื่อตาปิดลง แพลงก์ตอนสัตว์ก็จะจมลง
ดังนั้นเมลาโทนินจึงมีบทบาทสำคัญในการควบคุมพฤติกรรมประจำวันของตัวอ่อนของหนอนดักแด้ เช่นเดียวกับบทบาทที่สำคัญพอๆ กับที่ฮอร์โมนเล่นในนาฬิกาภายในของเรา แต่การจมนี้ไม่ใช่การนอนแพลงก์ตอนเลยทีเดียว “มันซับซ้อนกว่านั้น” Tosches อธิบาย
แม้ว่าตัวอ่อนจะไม่หลับในความหมายดั้งเดิม แต่การขึ้นๆ ลงๆ ของพวกมันในยามค่ำคืนอาจเป็นตัวอย่างแรกของบางสิ่งที่ “เหมือนหลับ” “ปรากฏการณ์ทั้งหมดมีตัวอย่างแรกเมื่อเกิดขึ้น” เขาอธิบาย “เรารู้ว่าสิ่งมีชีวิตมาจากมหาสมุทร ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่เรากำลังค้นหาและกำหนดลักษณะเฉพาะกลุ่มแรกที่การนอนหลับมีบทบาท”
การค้นพบนี้เน้นย้ำถึงสิ่งที่เราสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับวิธีที่เรามาจากสายพันธุ์แบบจำลองที่ดูเหมือนต่ำต้อย “ชีวิตมีวิวัฒนาการในมหาสมุทร แต่น่าเสียดายที่เราไม่สามารถย้อนเวลากลับไป 600 ล้านปีและดูว่าเกิดอะไรขึ้น” Tosches กล่าว “แต่การศึกษานิเวศวิทยาทางทะเลและชีววิทยาทางประสาทยังสามารถบอกเราได้ว่าสมองของเรามาจากไหน”
