体長1cm弱で脳のないヒドラも眠るらしい。眠らせないと細胞が増えにくくなった

眠りは、脳を休ませるためのもの。多くの人はそう考えています。ところが、脳をまったく持たない生き物も、眠っているらしいことが分かってきました。淡水にすむ、体の大きさ1cm弱のヒドラです。

九州大学などのチームは、ヒドラの動きを5秒ごとに撮影して、何日も調べました。すると、ヒドラは20分以上じっとしていると、光への反応が遅れることが分かりました。眠りを奪うと次の日に長く眠り、体の細胞の増え方も落ちました。人の眠りにかかわる物質のいくつかが、ヒドラの眠りもふやしました。

この研究を中心になって進めたのは、当時理学部の4年生だった学生です。チームは、動物は脳ができるより先に、眠りのしくみを手に入れていたのかもしれないと考えています。眠りの始まりを、ずっと昔までさかのぼらせる発見です。

01脳がなく、神経が体じゅうに散らばった生き物

ヒドラは、クラゲやイソギンチャクと同じ「刺胞動物」の仲間です。刺胞動物は、刺胞という特別な細胞を使って獲物をとらえる生き物のグループです。ヒドラの体は、細い筒の先に触手がついた形をしています。体は2層の細胞だけでできています。体を切っても、それぞれの切れはしが1匹のヒドラにもどるほど、再生する力が強い生き物です。

ヒドラには神経の細胞があります。けれども、神経は体じゅうにあみの目のように散らばっていて、脳のようにまとまった場所はありません。こうした神経のつくりは、動物の神経のはじめの姿に近いと考えられています。

眠りは、ほ乳類や鳥だけでなく、魚、昆虫、線虫という小さな虫でも見つかっていました。どれも、脳を持つ動物です。脳を持たない動物でも眠るのか。それが分かれば、眠りがいつ、何のために生まれたのかに近づけます。この研究の少し前の2017年には、脳のないクラゲでも、眠りに似た状態が報告されていました。

0220分以上じっとしたヒドラは、光への反応が遅れた

研究の中心になったのは、九州大学の金谷啓之さんです。指導したのは、九州大学の伊藤太一さんたちです。韓国の蔚山（ウルサン）科学技術院のチームも加わりました。論文は2020年に発表されました。

チームは、ヒドラを1匹ずつ小さな容器に入れ、12時間明るく12時間暗い部屋で育てました。暗い間も見えるように、目に見えない赤外線の光を当てて撮影しました。5秒ごとの写真を比べ、画像が変わればヒドラが動いたと判断します。2分のうち半分以上の写真で動きがなければ「じっとしている」と数えました。

じっとしているだけでは、眠っているとは言えません。眠りには、外からの刺激に反応しにくくなるという特徴があります。そこでチームは、夜にじっとしているヒドラに、光を当てました。すると、20分以上じっとしていたヒドラは、光に反応するまでの時間が長くなりました。エサの合図になる物質を与えたときも、同じように反応が遅れました。

チームは、この「20分以上じっとして、反応が鈍くなった状態」をヒドラの眠りと決めました。調べると、ヒドラは明るい時間より暗い時間に長く眠っていました。光を当てるとすぐに目をさますので、気を失っているのとも違います。

03眠りを奪うと、次の日に長く眠り、細胞の増え方が落ちた

人は、徹夜をした次の日に長く眠ります。眠りが足りない分を取りもどすこのしくみも、眠りの大事な特徴です。チームは、ヒドラの眠りを奪ってみました。夜の最後の6時間、容器を15分ごとにそっとゆらしたのです。すると、ヒドラは次の日の明るい時間に眠りがふえ、眠りに入るまでの時間も短くなりました。

ゆらすこと自体が負担になっている可能性もあります。そこでチームは、温度を使う方法も試しました。10℃の水に慣らしたヒドラを、6時間だけ20℃にすると、眠りがへります。夜にこれを行うと、その後に眠りがふえました。

さらにチームは、眠りを奪ったヒドラの細胞を調べました。分かれて増えている細胞に目印をつけて数えたところ、36時間眠りを奪ったヒドラでは、増えている細胞がはっきりへっていました。ゆらす方法だけでなく、薬で眠りを減らしても、同じようにへりました。体のどの部分でもへっていました。ほ乳類やショウジョウバエでも、眠りを奪うと細胞が増えにくくなることが知られています。

04人の眠りにかかわる物質が、ヒドラでも効いた

チームは、ヒドラの水にいろいろな物質を入れて、眠りの量を測りました。メラトニンは、人では夜に多く作られ、眠りにかかわるホルモンです。メラトニンを入れると、量が多いほどヒドラの眠りがふえました。神経の働きをおさえるGABAという物質でも、眠りがふえました。

ところが、ドーパミンでは予想と逆のことが起きました。ドーパミンは、多くの動物で目をさまさせる働きを持つ物質です。それなのに、ヒドラではGABAと同じくらい強く眠りをふやしたのです。

眠りを奪ったヒドラでは、212個の遺伝子の働きが変わっていました。その中には、線虫やハエ、ほ乳類で眠りにかかわるPRKG1という遺伝子がありました。この遺伝子が作る物質の働きを薬でおさえると、ヒドラの眠りはへりました。逆に働きを強めると、眠りはふえました。

ヒドラでは遺伝子を操作しにくいので、チームは、同じ仲間の遺伝子をショウジョウバエで働かなくしてみました。すると、いくつかの遺伝子で、ハエの眠りの量が変わりました。オルニチンというアミノ酸は、ハエ（交尾したメス）では眠りをふやしたのに、ヒドラでは眠りをへらしました。眠りのしくみの一部は、動物の進化の中で役割が入れかわったのかもしれないと、チームは考えています。

05まとめ

脳を持たないヒドラも、20分以上じっとすると反応が鈍くなる、眠りに似た状態に入っていました。眠りを奪うと次の日に長く眠り、細胞の増え方も落ちました。メラトニンやGABAで眠りがふえる一方、ドーパミンは多くの動物とは逆に眠りをふやしました。クラゲやイソギンチャクでも、眠りは見つかっています。眠りは、脳ができる前からあったのかもしれません。この研究の中心にいたのは、まだ学部4年生だった学生でした。