不眠症の目のない魚は私たちにどんな啓示をもたらすのでしょうか？

リヴァイアサンプレス:

毎日時間が足りないと感じ、寝ることを考えるといつも時間の無駄だと感じます。でも、睡眠が私たちにとってどれほど重要であるかを知っているので、眠らなかったらどうなるでしょうか?それは本当にうまくいきません。

しかし、今日の記事の主人公は、睡眠を見るための新しい視点を提供します。外部信号が変化すれば、固定された長さの睡眠は必要なくなるのでしょうか?

表面的には、睡眠は明白かつ不可欠な生理現象です。それは長く、緩やかで、予測可能な波となってやって来て、人間、象、鳥、魚、甲虫を覆います。それは回復、修復、そして学習をもたらします。それは、私たちの惑星がその恒星の周りを動くことによって導かれ、私たちの細胞の奥深くで循環する先祖伝来のリズムに従います。

もし、迷惑な盲目の魚が一匹いなかったら、私たちはこの美しく単純な幻想を信じることができたかもしれない。

10年以上前、この魚（別名盲目の魚）アステュアナクス・メキシカンスがニューヨーク大学の大学院生の目に留まりました。これは科学にとって新しい種ではなく、幽霊のような外見と、目があるべき場所を皮膚で覆っていることに驚嘆する水族館愛好家や研究者の間で何十年もの間、興味の対象となってきた。

しかし、この魚のその他の特徴はもっと謎めいている。

メキシコの鯉。 © ウィキペディア

マンハッタンでは、この魚は原産地から遠く離れている。原産地とは、メキシコ北東部に広がる一連の目立たない洞窟のことだ。これらの洞窟は常に暗く、涼しく、静かで、非常に退屈です。そこは眠るのに最適な場所のようでした。

そこで、好奇心旺盛な大学院生のエリック・デュブエは、これらの魚が異常な睡眠習慣を示すかどうかをテストすることにしました。 2009年のある夜遅く、彼は午前2時に研究室に到着し、これらの盲目の魚について奇妙なことに気づいた。彼らは完全に目覚めているようだった。

さらに調査を進めると、彼らの生息地の催眠的な雰囲気にもかかわらず、彼らはほとんど眠らないことがわかった。実際、彼らは1日3時間半ほどしか昼寝をしていないことが分かりました。そして、彼らの睡眠時間は完全にランダムで、ほんの短い時間しか続かないようです。

不思議なことに、これらの盲目の洞窟魚は、何十万年もの間、この不規則なスケジュールで繁栄してきたようです。「これは完全に健康な魚です。ただ、眠る必要がないだけです」と、現在はフロリダ・アトランティック大学の分子遺伝学者であるデュブエ氏は言う。

それ以来、デュブエ氏らは、研究室で刺激を与えたり、時折の眠りから起こしたり、DNAを調べたりしながら、目覚めた生物の奇妙な眠りを研究してきた。他の動物の研究や、人間を洞窟で眠らせる奇妙な実験と組み合わせることで、科学者たちは、明るく日常的なこの世界で長い間私たちを困惑させてきた睡眠に関する新たな真実を明らかにしている。

---

進化の過程で、多くの動物はごくわずかな睡眠でも生き延びることができたようです。

ガラパゴス諸島のグンカンドリは、数週間（あるいは数ヶ月）に及ぶ海上での狩猟旅行中に、一度に数分間の短い昼寝をします。その睡眠時間は一晩あたり40分未満で、通常の夜間の休息時間の10分の1にも満たない量です。[1]野生では知能の高いアフリカゾウでさえ、毎晩数時間しか断続的に眠らないようですが、60代、70代まで生きることができ、驚くべき認知能力、社会性、言語能力、記憶能力を保持しています[2]。

アメリカグンカンドリは飛行中に時々眠り、「自動操縦」モードに入ります。 ©レディット

これらの極端な例は、睡眠が不可欠であるという長年の仮定に疑問を投げかけています。

しかし、メキシコの盲目の魚がデュブエの興味をそそったのは、その不眠症が予想外のものだったからだ。同じ種類のメキシコの盲目の魚も洞窟の外に生息しており、日光を浴びながら川を素早く移動しています。魚たちは環境に合わせて装飾され、完全に機能する2つの目を持ち、健康的な13時間の睡眠をとります。

同じ種の2つの側面。一方は完全に正常な目を持ち、もう一方は視力をほぼ完全に失っています。 ©ネイチャー

地上に生息する種と洞窟に生息する種という2つの種の違いにより、これらの魚は生物学者の間で人気を博しており、進化の過程を探求する現実的な方法を提供している。[3]しかし、科学者たちはこれまで、主に魚の外見上の明らかな違いに注目してきた。この適応はある程度は理にかなっています。もし目が完全な暗闇の中で役に立たないのであれば、目を成長させたり色素を作ったりするのにエネルギーを無駄にする意味はありません。

しかし、デュブエが登場するまで、誰もその魚の睡眠パターンに気づいていなかった。「見方によっては百万年もの間暗闇の中で生きてきた魚の睡眠を研究するのは合理的な考えのように思える」と彼は語った。

彼はビデオカメラを使って魚の動きを追跡する、初めての睡眠追跡実験を行った。しかし、彼は魚を確認せずにはいられませんでした。それで彼は真夜中に研究室に忍び込んだ。彼はすぐに、これらの洞窟魚が地上の魚のように眠っていないことに気づきました。

科学的な観点から見ると、盲目の洞窟魚の素晴らしい点は、タマウリパス州の洞窟からサン・ルイス・ポトシ州の洞窟まで、地理的に異なる集団から来ているにもかかわらず、それぞれの集団がそれぞれの洞窟で独立して進化してきたにもかかわらず、すべてが同じ不眠症の特徴を示していることです。

約80万年から100万年前のカラブリア時代には、表層水が大陸を横切って流れ、その地域の大部分が相互につながった生息地となり、魚が水路を泳ぎ回ったり、洞窟に出入りしたり、水浴びをしたりして動き回ることができた。そして、夜には正常な概日リズムパターンで眠りにつくことができます。しかし、その後、水は引いてしまいました。洞窟は主要な水路から遮断されており、中の魚は閉じ込められています。

数十万年後、さらに最近では20万年前にも同じことが起こりました。今度は地表に現れた新しいC. mexicanaが洞窟に閉じ込められ、種が通常行うように、数十万年かけて進化を続けました。

野生のアフリカゾウは、毎晩数時間だけ断続的に眠るだけであるようだ。 © HERDの象の孤児院

しかし、洞窟の中で長い間隔離されていたこの魚の集団は、同じように終わりのない眠れない夜に向かっているようで、睡眠の進化に関する稀な科学的視点を提供しています[4]。

科学者たちは、目の喪失から不眠症に至るまで、多くの適応特性がさまざまな遺伝経路を通じて発生する可能性があることを発見しました[5]。しかし、洞窟に閉じ込められた魚の両波とも、ヒポクレチンと呼ばれる神経伝達物質の遺伝子に変化が見られた。

デュブエの説明によれば、ヒポクレチンは「覚醒システム」である。実験室での研究では、メキシコの盲目の洞窟魚の全てがヒポクレチンを産生する細胞を過剰に持っていることがわかった。[6]

ヒポクレチンは魚類に効果があるだけではありません。人間を含むさまざまな動物に同様の覚醒効果があります。ヒポクレチンの障害は、人間だけでなく、もともと犬でもナルコレプシーを引き起こす可能性があります。

「人間であれ、ネズミであれ、魚であれ、同じシステムが睡眠と覚醒の制御に役立っているというのは、非常に興味深いことです」とデュブエ氏は言う。時々数秒だけ眠る盲目の魚でさえも。

睡眠は通常、概日リズムとこのリズムを維持する外部信号という 2 つの要素によって制御されるからです。

---

ほぼすべての動物において、睡眠は概日リズムによって制御されていると考えられており、概日リズムは「時間キュー」（ツァイトゲーバー）と呼ばれる外部信号から生じます。「タイムリマインダー」は、自然の子守唄（寝る時間）や自然の目覚まし時計（起きる時間）として機能する強力な外部リマインダーです。

©NPR

かつては概日リズムは太陽光によってのみ制御されていると考えられていましたが、その後研究者らは、気温、月の周期、さらには食物の入手可能性など、さまざまな環境要因が概日リズムを左右することを発見しました。例えば、光のない世界では、深海熱水噴出孔の近くに生息する深海ムール貝は潮汐に基づいて時間を計算することができます[7]。

しかし、メキシコの盲目の魚は完全に沈黙した「時間リマインダー」の中で生きています。温度や光の変化はなく、月の潮汐力による重力の影響もこの小さなプールに最小限しか及ばない。研究者の中には、コウモリが洞窟に出入りし、特定の時間に餌を食べ、そして水中に排泄することで「時間の合図」として機能しているのではないかと推測する者もいる。しかし、科学者たちはこれまでのところ、コウモリのリズムが魚の睡眠に影響を与えるという証拠を見つけていない。

この「時間の合図」が完全に欠如しているために、彼らの概日リズムは地上に生息する同類の生物と大きくずれているのだろうか？

デュブエと他の研究者が調査したところ、概日リズムの謎は複雑であることがわかりました。[8]光のない環境に生息する多くの動物は、規則的な光パターンにさらされると、潜在的な概日リズムを活性化させることができます。しかし、これらの魚は違います。「何らかの理由で、彼らは規則正しいリズムを失ってしまった」とデュブエ氏は語った。

では、これらの魚は一体どうやっていつ寝て、いつ起きるかを知るのでしょうか?この質問に対する明確な答えはまだないと彼は言った。

「睡眠と概日リズムは相互に関連していることは分かっています」とデュブエ氏は言う。しかし、洞窟魚やその他の地下動物の研究は、「概日リズムと睡眠の必要性を駆動する進化の力は互いに異なる可能性がある」ことを示唆している。

ソマリア洞窟魚はアンドリュース洞窟魚としても知られ、最大 47 時間の周期を持つ独特の体内時計を持ち、いかなる光刺激にも反応しません。 © ザ・カンバセーション

多くの地下生物種は睡眠時間がほとんどないにもかかわらず、正常な体内時計を持っている。デュブエ氏がラオスとタイで研究した他の洞窟魚もその一つで、光と同期することなく何十万年も生き延びてきた可能性がある。（ソマリア洞窟魚は光の合図に従う概日リズムを失っているが、これまでのところ摂食と同期したリズムを維持している。）遺伝子研究では、最近洞窟内に隔離された魚種は、24時間睡眠リズムから切り離されているにもかかわらず、活発な概日リズムを維持する可能性が高いことがわかっている。

睡眠を概日リズムから切り離すのは奇妙に聞こえるかもしれませんが、そこには納得のいく一定の論理があります。多くの生物は、摂食や生殖などの活動のために概日リズムを維持していますが、必ずしも私たちが睡眠と考える活動のためにはそうではありません。細菌、植物、真菌などがその例です[9][10][11]。

科学者たちは、ミツバチの幼虫、北極のトナカイ、特定の種類のモグラネズミなど、他の生物でも概日リズムの奇妙な抑制や変化を発見しています。[12]さらに、概日リズムを含むあらゆるシステムを維持するにはエネルギーが必要であり、洞窟環境では食料が不足することがよくあります。ということは、概日リズムが必要なかったら、洞窟魚の目のように進化の過程で廃棄されていたかもしれないということでしょうか?

「私たちは通常、『特徴』と聞くと形態学を思い浮かべます」と、洞窟に生息する他の種の睡眠リズム（またはその欠如）を研究してきたウェイン州立大学生物学部長のマルクス・フリードリヒ氏は言う。ダーウィンのフィンチのように、環境が変われば、くちばしの形も変わります。では、このような複雑な睡眠行動でも同じことが言えるのでしょうか?

この可能性の正確な進化のダイナミクスはまだ調査中です。「概日時計は睡眠に影響を与える多くの調節プロセスのうちの1つにすぎない可能性が高い」とフリードリヒ氏は述べた。睡眠は動物の他の特性と同じだと彼は指摘した。 「睡眠は形作ることができる特性です。」

---

1938年6月4日、シカゴ大学の心理学教授ナサニエル・クライトマンと大学院生ブルース・リチャードソンは、ケンタッキー州マンモス洞窟の奥深くにある巨大なホールのような洞窟に入り、定期的な光がない極限環境にいると睡眠リズムが変化するかどうかをテストしました。

彼らは、邪魔されないように、提灯、温度計、ネズミ捕りを持っていました。しかし時計はありません。近くのマンモスケーブホテルでは、ベッド、上質なリネン、食事が不定期に提供されました。彼らは洞窟の中で32日間を過ごしたが、洞窟内の温度は常に華氏54度（摂氏12度）に保たれており、クライトマンは1939年の著書『睡眠と覚醒』の中で「完全な静寂だった」と書いている。

1か月に及ぶ滞在中、2人の科学者は1日28時間のサイクルで生活し、約9時間は眠り、その後19時間は忙しく過ごした。これは、「何らかの宇宙の力が24時間のリズムを決定することを証明する根拠はない」というクライトマンの主張を裏付けるものと思われるが、人間の睡眠に独特の毎日のリズムサイクルを生み出す内在的な力があることも示唆している。

それ以来、他の人間の洞窟睡眠実験では、イタリアの社会学者マウリツィオ・モンタルビーニが洞窟に1年間滞在したように、人々を慣れ親しんだ「時計」から切り離すという、より長い滞在が含まれるようになった。モンタルビニー氏は、1993年に366日間（当時は219日間だと思っていた）滞在した記録的な洞窟滞在を含め、数多くの記録的な滞在を、その多くは単独で行ってきた。

モンタルビーニ。 ©IALPマウンテンミュージアム

地下やスーパーシェルターに自主的に隔離された人々を対象とした他の研究では、14時間の睡眠と34時間の活動というリズムを身につけた人もいれば、最大58時間の毎日のサイクルを身につけた人もいた。[13]しかし全体的には、ほとんどの人が依然として 24 時間に近い周期を維持しており、標準的なタイムラインがない人生のほんの一部の期間でも体内の概日リズムの役割が強調されています。

「これらの実験から、概日時計が睡眠活動を調節する主な力であるという点で、人間は実はショウジョウバエと非常によく似ていることが分かりました」と、巨大洞窟（クライトマン氏とリチャードソン氏が閉じ込められたのと同じ洞窟）に生息する地底甲虫の睡眠を研究しているフリードリヒ氏は言う。

フリードリヒ氏は、ミバエは実際には太陽が昇る前に起きる傾向があり、おそらく最適な採餌時間に備えているのではないかと指摘している。同様に、人間や他の動物も、予測可能な昼夜サイクルの影響を受け、起きて餌を見つけるのに最適な時間に備えることができるかもしれません。この観点から見ると、「動物は将来の出来事を予言する存在だ」とフリードリヒ氏は言う。しかし、洞窟魚にとって、こうした変動のない環境では、未来は現在とほぼ同じです。つまり、すべての時間は、休息したり起きていたりするのと同じくらい、食べるのにも適しているのです。

「時間剥奪」を人間に対して行った初期の実験は、概日周期中の睡眠やホルモン分泌、免疫システムなどの他の生理機能を強力に操作する道を開いた。時が経つにつれ、組織生物学における概日リズムの重要な役割が認識されるようになり、2017 年には概日周期の分子的基礎を明らかにした 3 人の研究者にノーベル生理学・医学賞が授与されました。

カリフォルニア大学ロサンゼルス校のロサンゼルス・セメル神経科学・人間行動研究所睡眠研究センター所長ジェローム・シーゲルは、2001年にクライトマンに捧げた賛辞の中で、クライトマンの洞窟実験は「人間の概日リズム研究の歴史において極めて重要な出来事」であると記している。[14]

しかし、私たちを眠らせるこの強力な力は覆されるのでしょうか?

当時の新聞の切り抜きによると、1930年代の洞窟実験中、クライトマンの目標の一つは「人間が24時間労働の習慣からどれだけ簡単に抜け出せるかを見極める」ことだった。半世紀以上経って、モンタルビーニ氏は、人間が長期間にわたって地球のリズムから離れると何が起こるかをよりよく理解するために、「時間の合図」なしでこの長期の地下滞在を行ったと説明した。

結局、32日間、いや366日間でさえ、これらの科学者たちを完全に不規則な睡眠状態にするには十分な時間ではなく、彼らの視力を奪うこともできなかった。

では、もし私たちが地球表面の快適なリズムを離れ、太陽日が根本的に異なる惑星や月へ移住したり、宇宙コロニーや地下大都市で何世代にもわたって生活したりしたら、何が起こるでしょうか?私たち人類も規則正しい8時間の睡眠パターンから外れてしまうのでしょうか？

フリードリヒは「そうなるだろう」と固く信じていた。「私たちは高度に適応できるように進化している」と彼は言う。そして、十分な時間が与えられれば、新しい環境に適応した新しい睡眠パターンが支配的になるのは当然だ。

この可能性は、さまざまな時間の合図に応じて人間の睡眠がどのように変化するかに関する研究によって裏付けられています。研究により、ヒポクレチン細胞（メキシコの洞窟魚に過剰に存在する細胞と同じ）の不足が、人間の睡眠障害やナルコレプシーの原因であることがわかっています。シーゲル氏は長い間、睡眠について、そして何が睡眠を誘発し、妨げるのかをより深く理解しようと努めてきた。

「人間の睡眠については多くの神話がある」とシーゲル氏は言う。「睡眠科学分野の同僚たちもこれについて議論しています。」よくある誤解の一つに、人間は暗いときに眠り、明るいときに目覚めるという 12 時間の睡眠サイクルを繰り返すようにできているが、産業革命期の人工照明によってそのパターンが崩れたというものがあります。

しかしシーゲル氏はそうではないと述べた。

彼は最近の研究で、人間の睡眠時間を計る力について探究しています。彼は洞窟実験で行ったように、人々を自然環境から隔離するのではなく、最も自然な状態で暮らし、私たちの祖先についての手がかりを持っている人々を見つけようとしていたのです。シーゲル氏はアフリカ、南米、南太平洋の狩猟採集民と伝統的農耕民族の睡眠パターンを何年も研究してきた。この研究により、彼は人間の睡眠を調節すると思われる、見落とされがちな時間の合図、つまり光ではなく温度の力を認識するに至った。[15]

例えば、彼の研究では、年間を通じて気温が華氏0度から100度（摂氏37.8度）以上まで変化し、日中の気温変化もかなり大きいナミビアのコミュニティでの睡眠を追跡した。従来の実験室ベースの睡眠研究では、このような変化は交絡因子とみなされます。彼はこれに関して異なる見解を持っています。「これは睡眠の妨害ではなく、睡眠が進化してきた正常な過程だ」とシーゲル氏は言う。

彼はまた、野生のアフリカゾウの睡眠不足を追跡する研究にも携わってきた。[16]彼は、実験室での研究と広範囲にわたる気候制御によって、この古くからある重要な時間の合図が著しく弱まり、時には人間の睡眠に劇的な影響を及ぼしていると主張している。

彼は、気候制御された環境に住む多くの人々が経験しているように、昼と夜の温度が比較的安定していることが不眠症の大きな要因となる可能性があると指摘した。彼は、工業化社会および脱工業化社会では人口の約10％から30％が不眠症に悩まされているが、現代の狩猟採集社会や農耕社会では、常に照明をつけておくことができる人々でさえ、不眠症に悩む人口はわずか1％から2％程度であると考えている[17]。

しかし、洞窟魚とは異なり、ほとんどの人間は、何世代にもわたって、現代の時計同期環境、つまり温度差などの一部の信号が弱まり、光の持続時間などの他の信号が乱れた環境で暮らしています。私たちの伝統的な概日リズムは、依然として支配権を握ろうとしています。人類が再び睡眠の調和を取り戻すまでに何世代かかるのか、私たちには知る由もありません。

しかし、睡眠の多様性と柔軟性はほとんどの種に存在します。メキシコの洞窟魚は、目が見えるものも見えないものも含め、この状況の最も極端な例であり、同じ種の中で睡眠行動が劇的に異なるのです。デュブエ氏が指摘するように、人間の睡眠パターンは5時間から10時間まで、すでに個人差が大きい。さらに、ますます増える研究により、寝る時間や起きる時間に関して、個人間で自然な違いがあることが明らかになっています。

デュブエ氏が主張するように、睡眠がその野生的で自然な変化の中でどのように現れるかを研究することは、睡眠の大きな可能性をよりよく理解するために不可欠です。睡眠について私たちが知っていることの多くは、可能な限り一貫性を保つように数十年かけて飼育され、高度に管理された環境で世代から世代へと受け継がれてきたモデル生物の研究に基づいています。したがって、睡眠を真に理解するためには、科学者は長靴を履いて自然の混沌に立ち返る必要があります。

フリードリヒ氏と彼の同僚は、マンモス洞窟の薄暗い場所に生息する甲虫を研究した結果、個々の甲虫でさえも環境に応じて睡眠パターンを調整できることを発見した。この発見は、奇妙な明暗パターンに対する動物の睡眠反応を実験室で数十年にわたって調べてきた研究結果を反映している。

「これは睡眠の可塑性とも言えるでしょう」とフリードリヒ氏は言う。「睡眠時間と睡眠パターンは、考えられる多くの結果のうちの1つに過ぎないことが今ではわかっています。」

「このことから私が学んだのは、睡眠がいかに急速に進化するかということです」とデュビュー氏は言う。「睡眠はおそらく最も急速に進化する特性の一つです。」洞窟に閉じ込められたメキシコのコイが、わずか数十万年で（比較的）急速に、規則的で集中した睡眠を放棄できるとしたら、長く中断されない夜の睡眠は本当に重要なのかという疑問が生じます。

デュブエが指摘するように、睡眠は実際には意味をなさない。睡眠は食事、交尾、自己防衛に役立たないからだ。「進化の観点から見ると、睡眠はあまり意味をなさないが、動物界全体に存在している。」 [18]

つまり、疲れにくい魚やその他の奇妙な動物たちは、かなり気が狂いそうなパンドラの箱を開けてしまったのだ。私たちは睡眠の目的が何なのか本当にわかっているのだろうか？

実際のところ、理論はたくさんあるが、明確な答えは得られていない。

動物としての生活にとって非常に厳格で疑問の余地がないと思われる要求から逃れるために、これらの疲れを知らない生き物たちが進化の過程で交わした、ファウスト的なものであろうとなかろうと、取引の詳細な条件を私たちはまだ読み取ることができていない。

デュブエ自身は、夜の静寂の中でこれらの疑問について考え続けるだろう。「私は一度もぐっすり眠れたことがないんです」と彼は言う。「私は完全な不眠症なんです。」だから彼には、睡眠という奇妙な世界における次のパズルを解く時間がたっぷりあるだろう。

参考文献:

[1]www.nature.com/articles/ncomms12468

[2]journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0171903

[3]onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jez.b.22978

[4]www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(11)00292-2

[5]onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ede.12412

[6]elifesciences.org/articles/32637