در جستجوی منشاء خواب؛ کدام موجود برای اولین‌بار چرت زد؟

شرلی جکسون، نویسنده‌ی آمریکایی در سال ۱۹۵۹ در اولین خط از رمان ترسناک خود به نام «شکار خانه هیل» می‌نویسد: «هیچ موجود زنده‌ای نمی‌تواند برای مدت طولانی در شرایط واقعیت مطلق، با سلامت روانی به حیات خود ادامه دهد. حتی چکاوک‌ها و جیرجیرک‌ها نیز رویا می‌بینند.»

جکسون خط بالا را نوشت تا خانه‌ی تسخیرشده‌ی داستانش را معرفی کند؛ جایی که مرز بین واقعیت و رویا همیشه محو بود، اما حق با او بود؛ اغلب موجودات زنده باید دست‌کم برای مدتی از واقعیت دور باشند تا بتوانند فعال و زنده باقی بمانند.

به نقل از وب‌سایت ساینتیفیک امریکن، در سرتاسر قلمرو حیوانات «خواب» امری بسیار متفاوت با آنچه انسان انجام می‌دهد، به نظر می‌رسد. انسان‌ها هنگام خواب وارد حالت ناهشیاری خیال‌انگیز می‌شوند، دلفین‌ها بخش‌هایی از مغز خود را به صورت تکه‌تکه خاموش می‌کنند و پرندگان سینه‌بادکنکی بزرگ، در حال اوج‌گیری در هوا به خواب‌های کوتاه چندثانیه‌ای می‌روند.

بااین‌حال، تقریباً همه‌ی حیوانات می‌خوابند. در حدود یک دهه‌ی گذشته، محققان دریافته‌اند که حتی موجودات فاقد مغز، مانند عروس‌های دریایی و هیدراها (موجودات آب شیرین با ساده‌ترین طرح بدن در بین همه جانداران) عملی انجام می‌دهند که بسیار شبیه به چرت زدن است. حال، سؤال پیش می‌آید که اولین موجودی که خوابیدن را تجربه کرد، چه بود؟

البته هیچ استراحتگاه حفظ‌شده‌ای با فسیل‌های موجودات کوچک باستانی که پشت سر هم خروپف بکنند، وجود ندارد. هرچند هیچ‌کس به‌طور قطع نمی‌داند، اما احتمالاً اولین چرت‌زدن بیش از نیم‌میلیارد سال پیش رخ داد، و به طور قطع توسط یک موجود بسیار ساده انجام شد.

مایکل آبرامز، پژوهشگر پسادکترا از دانشگاه کالیفرنیا برکلی، یکی از اعضای تیمی پژوهشی بود که در سال ۲۰۱۷ کشف کرد نوعی عروس دریایی به نام کاسیوپیا حالتی خواب‌مانند را به‌طور منظم تجربه می‌کند. او می‌گوید: «به نظر من، وقتی حیوانات دارای سیستم عصبی متصل به ماهیچه‌ها می‌شوند، تقریباً به طور قطع خوابیدن را تجربه می‌کنند.»

دانشمندان هنوز تاریخ دقیق وقوع این اتفاق را تعیین نکرده‌اند، اما وجود سیستم‌ عصبی در موجودات زنده به گذشته‌های بسیار دور بازمی‌گردد. براساس مطالعه‌ای در سال ۲۰۱۹، اولین ارگانیسم‌هایی که نورون‌ها را رشد دادند، موجودات کوچک، مسطح و بشقاب‌مانندی به نام دیکینسونیا بودند که در دوره‌ی زمین‌شناسی ادیاکاران، یعنی بین ۶۳۵ تا ۵۴۲ میلیون سال پیش از میکروب‌ها تغذیه می‌کردند. هرچند به طور قطع مشخص نیست که آیا این موجودات واقعاً اولین گونه‌های دارای سیستم عصبی بوده‌اند یا خیر، نورون‌ها احتمالاً در همین زمان، قبل از گسترش شدید تعداد گونه‌های موجودات روی زمین در طول دوره‌ی کامبرین بعدی تکامل یافته‌اند.

اما هنوز در مورد اینکه آیا می‌توان گفت موجودات زنده‌ی بدون سیستم عصبی، مانند اسفنج‌ها یا حتی گیاهان هم می‌خوابند یا خیر، اختلاف نظر وجود دارد. تایچی آیتاه محقق کرونوبیولوژی از دانشگاه کیوشو در ژاپن می‌گوید: «سیستم عصبی ممکن است برای اثبات تجربه‌ی خواب ضروری نباشد؛ هیچ‌کس نمی‌داند. ما هنوز به دنبال منشأ خواب هستیم.»

هر بار که در رختخواب خود فرو می‌روید و به سرزمین رویاها سفر می‌کنید، در واقع درگیر ضرورتی بیولوژیکی هستید که رشد سلول‌ها را تقویت و خاطرات را تثبیت می‌کند، التهاب را کاهش می‌دهد و وقتی همه‌ی این‌ها به درستی انجام شود، شما را زنده نگه می‌دارد. اما خواب بسیار عجیب است. چرا ارگانیسم‌ها باید ساعت‌ها و ساعت‌ها در را به روی محیط خارجی ببندند و خود را در برابر شکارچیان و سایر خطرات محیط آسیب‌پذیر کنند؟

این پرسش کنجکاوی محققانی مانند آیتاه و آبرامز را نیز برانگیخته است. آبرامز می‌گوید:

واضح است که خوابیدن برای فرآیندهای بیولوژیکی اساسی مهم است و تحقیقات در حال حاضر نشان می‌دهد که خواب به تکثیر و رشد سلولی کمک می‌کند. قطعاً دلیلی وجود دارد که نوزادان تازه متولدشده حدود ۱۶ ساعت در روز می‌خوابند.

زمانی تصور می‌شد که خواب تنها در قلمرو موجودات دارای مغز است، اما همان‌طور که قبل‌تر ذکر شد، آبرامز و همکارانش دریافتند که عروس دریایی کاسیوپیا نیز ظاهراً می‌خوابد. این گونه بیشتر وقت خود را به شکل زنگوله‌ای در کف اقیانوس می‌گذراند و طور منظم نبض می‌زند. محققان براساس همین رفتار توانستند میزان فعال‌بودن عروس دریایی را تعیین کنند.

در آزمایشگاه، محققان ضربان نبض عروس دریایی را در طول زمان ردیابی کردند و دریافتند که فعالیت نبض عروس دریایی در شب ۳۲درصد کمتر از روز است. عروس دریایی‌ها به پایین افتادن کف مخزن از زیرشان واکنش تأخیری نشان می‌‌دادند، اما اگر به آن‌ها غذا داده می‌شد به آرامی «بیدار می شدند». وقتی کاسیوپیا در طول شب آرامش خود را به‌خاطر حرکات آزاردهنده‌ی آب ازدست می‌داد، روز بعد ضربان نبض کندتر و طولانی‌تری داشت و نسبت به محرک‌ها کمتر واکنش نشان می‌داد؛ درست مثل اینکه دچار کمبود خواب شده باشد.

در آزمایشی مشابه، آیتاه و تیمش در مقاله‌ای که سال ۲۰۲۰ در ژورنال ساینس اندونسز منتشر شد، گزارش دادند که هیدراهای کوچک از گونه‌ی وولگاریس نیز دارای یک دوره سکون هستند که بسیار شبیه به خواب است. در این مطالعه، هیدراها در دوره‌های آزمایشی کاملاً ساکن بودند و پالس نوری می‌توانست آن‌ها را بیدار کند، اما پس از گذشت حدود ۲۰ دقیقه سکوت، به سختی به چنین پالس‌هایی واکنش نشان می‌دادند و وارد حالتی می‌شدند که بسیار شبیه به چرت‌زدن بود. وقتی هیدراها به‌وسیله‌ی ارتعاشات تحریک‌کننده‌ای که به مخزنشان اعمال می‌شد از این دوره‌ی خواب‌مانند محروم می‌شدند، در فرصت بعدی طولانی‌تر می‌خوابیدند و سریع‌تر به خواب می‌رفتند.

برای محققان، این دوره‌های سکون در عروس‌های دریایی و هیدراها تمام جنبه‌های خواب را به نمایش می‌گذارد: کاهش فعالیت که در واکنش به مزاحمت برگشت‌پذیر است؛ واکنش تأخیری به محرک‌ها، کاهش سرعت عملکرد پس از محرومیت از دوره‌ی سکون، و انگیزه‌ی بیشتر برای خوابیدن بیشتر در زمان از دست رفتن وقت استراحت.

علاوه‌براین، به نظر می‌رسد که ژن‌ها و مولکول‌های مشابه با سایر حیوانات و انسان‌ها، خواب را در بی‌مهرگان آبزی نیز کنترل می‌کنند. آبرامز و تیمش دریافتند که اگر به عروس دریایی ملاتونین بدهند، مانند انسان خواب‌آلود خواهد شد. آیتاه و تیمش نیز دریافتند که ملاتونین هیدراها را هم خواب‌آلود می‌کند و ژن‌هایی که خواب را در هیدراها کنترل می‌کنند مشابه ژن‌هایی هستند که همین کار را با انسان می‌کنند.

بااین‌حال، دوپامین که باعث بیداری و افزایش هوشیاری در انسان و حیوانات می‌شود، هیدراها را خواب‌آلود می‌کند. این نشان می‌دهد که تکامل در این مسیر شیمیایی نقش بسزایی داشته است و در طول صدها میلیون سال از زمانی که تبار انسان‌ها و هیدراها در مسیر تکامل از یکدیگر جدا شدند، تغییرات بسیاری ایجاد شده است.

بی‌مهرگان آبزی مغز یا سیستم عصبی مرکزی ندارند؛ اما نورون‌هایی دارند که از طریق شبکه‌های گسترده به هم متصل می‌شوند. آبرامز و آیتاه معتقدند سؤال بزرگ این است که آیا حیوانات بدون نورون هم خوابیدن را تجربه می‌کنند؟ آبرامز می‌گوید: «گزینه‌ی منطقی بعدی برای تحقیق درمورد خواب، اسفنج‌ها هستند.» اسفنج‌ها، جاندارانی فاقد سیستم عصبی هستند که طبق مطالعه‌ای در سال ۲۰۲۱ در نیچر، دست‌کم ۵۴۰ میلیون سال پیش و احتمالاً ۸۹۰ میلیون سال پیش تکامل یافته‌اند. بااین‌حال، پرورش اسفنج در محیط آزمایشگاه بسیار دشوار است، و تعریف «خواب» در موجودی که حرکتی از خود نشان نمی‌دهد، مهارت بسیاری می‌طلبد. چگونه می‌توان تشخیص داد که اسفنج در حال چرت‌زدن است؟

اگر قلمروی حیوانات را ترک کنیم و به گیاهان بنگریم، درمی‌یابیم که آن‌ها نیز با حرکت به محیط اطراف خود واکنش نشان می‌دهند. مثلاً در حالی که خورشید در آسمان حرکت می‌کند، به سمت نور می‌چرخند. آبرامز می‌گوید: «ممکن است با برهم زدن این روال بتوانیم تشخیص دهیم که آیا گیاهان نیز می‌خوابند یا خیر، اگرچه انجام این آزمایش بسیار دشوار است.» او افزود که اگر بتوان گفت گیاهان هم می‌خوابند، احتمالاً مدل خواب آن‌ها بسیار متفاوت از خواب در حیوانات است. آبرامز می‌گوید:

احتمالاً در این‌باره اطلاعات کمتری برای انسان وجود خواهد داشت، اما در نهایت به منشأ یا تکامل خواب خواهیم رسید. آخرین جد مشترک فاقد سیستم عصبی چه چیزی داشت که امکان ظهور خواب را با داشتن سیستم عصبی فراهم کرد؟

نکته پایانی این است که تشخیص دقیق اولین موجودی که چرت می‌زده، مستلزم یافتن اولین ارگانیسمی است که حدود نیم میلیارد سال پیش نورون‌ها را تکامل داده است. احتمالاً این موجود یک آبزی کوچک اقیانوسی بوده که از سیستم عصبی خود برای شکار طعمه استفاده ‌می‌کرده است. از منظر حدس و گمان، خواب می‌تواند دست‌کم به قدمت اسفنج‌ها باشد که از اولین موجودات ساکن روی کره زمین بوده‌اند. اما تا به امروز، هیچ‌کس واقعاً نمی‌داند که آیا اسفنج‌ها هم چرت می‌زنند یا خیر.