俗语常说“春困秋乏”“夏夜难眠”“睡不醒的冬三月”。为什么不同的季节，睡眠状态会有区别呢？
普遍认为这与温度的变化有关。那么，温度是如何影响动物睡眠活动的节律机制的呢？
浙江大学医学院百人计划研究员郭方团队发现，动物体内的生物钟能够和接收整合外界的温度信息，在特定的时间会发出相应的信号，进而影响他们的生命活动规律。
看清果蝇的睡眠
果蝇是研究昼夜节律和睡眠活动的模式生物之一。对果蝇生物钟的研究获得2017年诺贝尔生理学或医学奖（获奖者Michael Rosbash对本研究亦有指导）。
已有研究表明，随着自然界中昼夜和季节的温度变化，果蝇进化出了一套调控睡眠活动的神经机制。它们通过体内75对“节律神经元”，把温度变化的信号转化成神经信号，来控制睡眠行为。
为了更好研究温度影响果蝇睡眠的神经机制，首先第一步要看清它们的睡眠。只有芝麻粒大小的果蝇，如何能够观测它们有没有睡着呢？
郭方团队自主设计搭建了一套精确的仪器装置，他们将果蝇置于一个密闭的金属小空间中，并通过精确的半导体温控片来改变温度。
“我们使用了空气浮球来表征果蝇的睡眠活动。”郭方说，空气球就好像是果蝇的跑步机。“果蝇一旦进入睡眠状态，那么它脚下的空气球就会停止运动，我们就可以很明显地观测到睡眠和运动的切换。”
果蝇睡眠有一个温控开关
通过大量的数据分析，浙大科研团队分析得出环境温度的变化与果蝇睡眠活动确实存在某种关系。
当环境温度下降的时候，果蝇大脑中75对“节律神经元”有2对神经元（DN1a）的钙信号也相应下降，其他73对则并没有呈现出随温度变化的规律。
除此之外，浙大团队还发现这2对神经元不同时间温度变化的敏感性并不相同，晚上的敏感性远高于白天。
“这2对神经元就好像是整个神经机制里的温控开关，监测到温度变化的信号，就会释放相应的信号，并传导到下游。”郭方说，“下游有两组具体控制果蝇的神经，一组称为E cell，用于控制果蝇的运动；另一组神经称为DN3，用于控制果蝇的睡眠。
有意思的是，“温控开关”一直在释放抑制信号，是通过“解除抑制”的形式来调控果蝇的行为。
春困秋乏，到底为什么困
这两对神经元又是如何传输指令信号，影响果蝇睡眠形成“春困秋乏”的现象呢？
我们知道，生物钟是生物体内的一种无形的“时钟”，实际上是生物体何时进食、何时睡觉的内在节律性。在炎热的夏季，为了避免在高温的条件下活动，DN1a神经元就会延后解除对于DN3的抑制，相对延后果蝇的“生物钟”。如此一来，果蝇的睡眠时间也会相对靠后，出现“夏夜难眠”的现象。
乍暖还寒时节时常感到困倦，是因为在气温较低时，DN1a神经元就会将果蝇的“生物钟”整体前移，使其有充足的时间在适宜的温度下捕捉食物、繁衍后代。“因为如果不解除对于E cell的抑制、不移动原有生物钟的话，果蝇在气温较低的夜晚活动需要耗费更多的热量，是不利于生存的。”郭方说。
这也就解释了“夏夜难眠”“春困秋乏”的原因。
相比昆虫来说，人类作为恒温动物，调节体温的方式更加多样。虽然现在对温度影响人类的具体作用机理还有待进一步研究，但果蝇作为一种研究生物节律的经典模式生物，将有助于科学家进一步揭示和探讨温度影响人类活动的机制。
这项研究近日发表在国际知名期刊《自然·通讯》上。浙江大学医学院脑科学与脑医学系的博士研究生李海亮为论文的第一作者，郭方为本文的通讯作者。
来源：浙江大学
