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[工程技术知识]人类为什么要进化出这么长的睡眠时间? |
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人类为什么要进化出这么长的睡眠时间? 关注问题?写回答 [img_log] [img_log] 生物进化 科普 基因进化 人类 睡眠时间 人类为什么要进化出这么长的睡眠时间? |
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问题问反了。 现在研究的全部30种灵长类里,人类是唯一一个为了榨取算力,把自己逼到“睡眠破产”边缘的极端变种,已研究的全部30种灵长类动物里睡得最少的。 |
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模型预测人类"应该"睡9.5小时。至于差出来的那2.5小时,就是这篇文章在讲的内容 一般科普文喜欢列三板斧:修复、记忆、节能。你说方向吧,确实没错,但叫它功能清单更为恰当。 你得先理解,进化最关心的是:这东西这么贵,为什么还没被砍掉;要不就是这东西本来更贵,后来为什么被压缩了。 如果我们把睡眠时长的进化收益做个账:W(T_s) \approx B(24-T_s) - R \cdot T_s - M(T_s),即适应度 W(T_s) 等于清醒时的收益(觅食、社交、繁殖)减去睡眠时的暴露风险,再减去睡眠不足导致的身体维护损失。醒着的收益越大,睡眠的极限就会被压得越低。 简单理解:你醒着越久,在觅食、社交、学习、繁殖等方面获得越多; 但你睡着的每一小时,都在失去警觉、暴露给掠食者;可要是睡得太少,脑子和身体的维护又会出问题,后面还得还账(顺路题外话,枸杞加温水也不麻烦~)。 那么你要纠结“修复神经元DNA”和“清理脑内代谢废物”对不对,必须对,因为“这就叫专业”。 真正该问的是,“人类到底从祖先那里砍掉了哪几个小时的睡眠,又拿这几个小时换了什么?” 杜克大学Nunn和Samson把体重、脑容量、食性、捕食风险扔进灵长类睡眠预测模型,算出来人类"理论上"应该睡满9.5小时。 |
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灵长类动物每日总睡眠时长对比。人类在进化树中是一个极端的离群值,实际睡眠时间远低于体型与生态位预测的9.5小时。 现实里呢,人类通常只有7小时左右,就这还不完全是现代社会作出来的。 2015年Siegel团队追踪了三个没通电(疯狂原始人)的狩猎采集部落(哈扎人、桑人、齐曼内人),发在Current Biology上:发现他们的平均睡眠也就在6.5小时上下,不午睡,天黑了也不是立刻倒头就睡。 ?先说砍掉的部分。 高赞回答里赵老师讲得非常透了,这里不再赘述,答案在最上面,想看分子机制的直接去“看大神分享”~ 我想聊的是接下来的“那部分”:如果6小时就够修DNA,那祖先为什么要睡9.5甚至更多? 多出来的那几个小时到底在干什么?又是什么力量把它砍掉的? 机智如你,应该不会猜错,多出来的那几个小时,本来是拿来保命的。 在树冠上,多睡能隐匿规避太多,你睡着了就不会发出声音、不暴露位置、不浪费热量。 但直立人祖先从树上下来了。 地面上的东非草原,夜里有恐猫、鬣狗、蟒蛇。闭着眼躺在那儿,每多睡一小时就多当一小时自助餐的风险。 ?当直立人祖先从树冠降落到东非大草原的那一刻起,环境发生根本性倒转。 睡得久又浅的个体被吃了,睡得短但深的活了下来。 Samson和Nunn2015年提出的Sleep Intensity Hypothesis,Evolutionary Anthropology,说的就是这件事:人类这个操作等于是把睡眠压缩到极限。 总时长砍掉2.5小时,但快速眼动睡眠占比从灵长类平均的5%给暴力拉升到25%。 就像“机器人”非要把一杯兑水美式换成红牛加espresso。。 以上这些,翻翻BBC Future/Science News的科普文也能看到。 ?分明就是用“命在超频”~ 我们这次聊点“特别的”,2017年多伦多大学的Samson团队去坦桑尼亚,给哈扎人部落的33个人戴上腕动仪,连续记录了220个小时的睡眠数据。 |
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Samson团队2017年发表于《人类演化杂志》的实证研究。通过对无电力狩猎采集部落(哈扎人)的腕动仪追踪,实锤了人类祖先用以保命的“哨兵假说”。 论文去Proceedings of the Royal Society B上找,标题里有个词叫"sentinel-like behaviour",中文叫哨兵行为。 他们发现:在整个观测期间,全组人同时处于熟睡状态的总时长只有18分钟。 剩下的每时每刻,都至少有一个人是醒着的。 注意,这不是人为安排的计划性轮岗。 这群人里有早起鸟、有夜猫子、有老人凌晨四点就醒的、有年轻人后半夜才困的。 这些睡眠时型的差异本身就形成了一个群体级别的值班系统。 老人们习惯凌晨四点醒来,在进化意义上看来,她是在替全家放哨~ 这就是哨兵假说,最早由Frederick Snyder在1966年提出,2017年被哈扎人的数据实锤。 它解释了一个一直很奇怪的现象:大多数动物在种群内部的入睡和苏醒时间高度同步,为何人类却不同?(各位朋友可以分享下你的作息,看看有没有“大神不服~”) 接下来又到了大家喜欢的“思维漫步”环节,标注一下:以下内容越往后越脑洞,如有雷同,实属巧合。 按照现代研究,人类压缩睡眠,可能还有更大的深意:认知能力。 有人把REM睡眠还不能用科学解释的地方,比做“大脑在跑一个低精度、高联想、低约束的离线搜索引擎”。 2009年加州大学圣迭戈 Cai 团队的实验:REM 睡眠显著提升远程联想能力,发现效果优于安静休息和非REM睡眠,即大脑把白天存进来的碎片信息重新乱序拼接,搜索你清醒时绝不会想到的关联(磁盘碎片整理的既视感)。 2026年2月,西北大学Konkoly团队更进一步:用靶向记忆再激活(TMR)在REM期间播放与未解谜题相关的声音,梦到谜题的被试第二天解题成功率显著提高。 额。。那些号称“梦中悟道的哥们可以吹了,原来你的大脑做梦时真的在帮你算题”。 每晚多跑五倍的"灵感抽奖"。 |
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REM睡眠期的脑波活动与清醒状态高度相似,后台满载运行高联想算法的直接记录。 语言、工具、抽象符号、社会制度,这些东西需要的就是把不相关的概念联系在一起的能力。做梦,可能直接催生了人类的抽象思维能力。 写这个真的“费眼”,还有更夸张的推演我看看大家有没有人想看的,比如美军项目)。 睡眠真的算是一个"文明级的bug",人类,自诩如此精密的“智能体”,却从未想过修复… 那么问题来了,如果你发现我们现在在研究不需要睡觉的人类,这个项目"是进步还是“毁灭”呢,甚至再加上马斯克的脑接口(上篇文章,我们推演到这个科技的最不能去“细说之处—改变思维”),以后会不会就是全天候“拥有机器缺少的预判与瞬时反应却木的感情的天选打工人”? 话说其实作者推演了5个可能的“思维点”,你能猜到吗?? 有时真的觉得“我们的所谓人间烟火,真的只是人类的灵感迸发吗?如果是,你的灵感会不会来自于梦里的信息重组?那么有时候梦到的完全不合理的事情,会不会在另一个维度是洒洒水呢?” 不过,有一个事实是“肯定的”,你现在看懂这些文字所用的能力,语言理解、抽象联想、以及对"世界之外"这种虚构概念产生兴趣等等相当一部分,是你“睡觉”那25%的REM睡眠帮你攒出来的。 进化在这里做了一个“撒旦式”的交易:砍安全余量,压缩修复时间,把省下来的带宽全部梭哈到一个高风险、高回报的离线创造力引擎上。 代价是每天有那么几小时,你是“脱机的”。 划不划算?取决于你醒着的时候干了什么。 不过有一点可以肯定,刷到这里的你,至少没浪费其中的几分钟??。 以上。 |
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有一个指标,叫脑细胞清醒损伤率。 它的意思是:你每多醒一个小时,身体要在后台欠下多少账。 这账不记在你手机里。 记在神经元的 DNA 损伤里。 记在突触权重里。 记在免疫系统的误差里。 记在肠道、代谢、激素和记忆的混乱里。 白天的你像一家二十四小时营业的店。 看起来很热闹。 问题是,店总得打烊。 不打烊,地没人拖,油烟机没人洗,账本没人对,仓库没人盘。 第二天照样开门,门是开了,里面已经开始发臭。 睡眠就是打烊。 所以这个问题一开始就问歪了。 人类没有进化出这么长的睡眠时间。 人类已经把睡眠压得很短了。 按灵长类的体型、脑容量、食性和生态位去估,人类本来应该睡得更久。有人用模型算过,大概接近九个半小时。 现实里呢。 现代成年人经常七小时上下。 一些没有电灯的狩猎采集群体,也常常只有六七小时,并没有天黑就倒头睡到天亮。 换句话说,人在灵长类里不是睡眠过剩户。 更像睡眠贷款户。 祖先本来有一套更宽裕的夜间预算,后来被地面生活、群体协作和高强度清醒活动,一点点砍掉了。 你觉得自己睡八小时很奢侈。 身体大概觉得:就这点维修窗口,还天天被你拿来刷手机。 睡眠为什么砍不完。 因为脑子太金贵。 大脑白天工作的时候,不只是消耗能量。 它还在制造损耗。 神经细胞的 DNA 会积累损伤。 突触连接会被白天的信息冲得很乱。 代谢废物需要清理。 免疫和内分泌要重新校准。 记忆要从一堆白天的碎片里挑出有用的,扔掉没用的,把某些东西压进长期储存。 这像是系统维护。 很多人把睡眠理解成省电模式。 这只说对了一小半。 如果睡眠只是省电,那进化完全可以设计一种更安全的低功耗清醒状态。 眼睛睁着。 耳朵听着。 身体不动。 脑子降频。 这比睡死过去安全多了。 可真实的睡眠很奇怪。 你失去意识。 反应变慢。 肌肉放松。 梦里还会出现各种离谱剧情。 从捕食风险上看,这东西非常危险。 一个动物每天有三分之一时间躺在那里断开世界,听起来像写进基因里的自杀倾向。 它还能保留下来,只能说明一件事: 睡眠解决的问题,比睡着时的风险还要大。 这就像城市夜里修路。 白天不能修。 白天车太多,人太多,所有系统都在运行。 只好半夜封路。 封路当然有成本。 司机绕行。 店铺抱怨。 施工噪音。 可你不封,桥梁裂缝会越来越大,地铁轨道会越来越歪,排水管里的垃圾会越积越多。 睡眠就是身体给自己封路。 封几个小时。 灯关掉一半。 施工队进去。 该补的补。 该拆的拆。 该冲洗的冲洗。 第二天你醒来,觉得自己只是睡了一觉。 身体那边已经干了一整夜脏活。 更有意思的是,人类没有只靠个人睡眠活下来。 人类把睡眠做成了群体工程。 一个人睡着很危险。 一群人睡着,就可以错开。 有人早睡。 有人晚睡。 有人半夜醒。 老人常常凌晨醒得早。 年轻人常常后半夜还精神。 现代家庭会觉得这很烦。 半夜有人起床喝水。 老人四五点开始走动。 年轻人凌晨一点还不睡。 从进化的角度看,这些差异未必全是毛病。 它们可能让一个群体在夜里很少完全关机。 没有人安排值班表。 没有人敲钟换岗。 每个人的作息差异自己拼成了一张松散的夜间哨网。 这很像老小区的灯。 不是每一盏都亮。 但总有几盏亮着。 一个群体只要不是同时熄灭,就多了一点活下来的机会。 所以人类睡眠压缩之后,睡眠总时长变短,深睡和 REM 的价值变高。 深睡像维修班。 REM 像一台很怪的离线搜索引擎。 它不按白天的逻辑工作。 它把白天的碎片、旧记忆、情绪残渣、没解决的问题混在一起,乱接线,乱试错。 很多梦看起来毫无意义。 一会儿回到高中考场。 一会儿手机打不出字。 一会儿死去的人坐在厨房里吃饭。 清醒时你会说:这什么乱七八糟。 大脑说:别吵,我在穷举。 创造力很多时候不来自整洁。 来自错误连接。 一个词搭上一个图像。 一个旧经验撞上一个新问题。 一个不该放在一起的东西,被梦硬放在了一起。 清醒的理性负责删掉荒唐。 睡眠里的梦负责先把荒唐生成出来。 没有生成,哪来的筛选。 这也是为什么长期睡眠不足的人,会先失去一种能力。 不只是困。 不只是记忆差。 更像输入信道变窄。 反应慢。 情绪脆。 看什么都烦。 同一句话,睡饱时能笑一笑,缺觉时就想翻脸。 一个方案,睡饱时能看到三种可能,缺觉时只剩一种死路。 睡眠不是给身体充电这么简单。 它在恢复你的可塑性。 让你重新有余地。 有的人睡得少还能活蹦乱跳,确实存在。短睡基因、细胞修复效率、个体差异,都有可能。 可这类人很少。 普通人模仿他们,就像看见别人天生酒量大,自己也拿白酒漱口。 基因没有给你那张票。 现代人最荒唐的地方,是一边承认机器需要维护,一边觉得人不该睡觉。 手机要充电。 电脑要散热。 服务器要备份。 汽车要保养。 工厂要停线检修。 连商场里的扶梯,都有夜里停下来检查的时候。 轮到自己,就开始觉得睡眠浪费人生。 人生当然宝贵。 问题是,没有睡眠,清醒时间会缩水成一堆低质量残片。 你多熬出来的两小时,常常不是多活了两小时。 只是把明天本来能正常运行的脑细胞提前拆下来烧了。 人类真正奇怪的地方,不是睡得太长。 是明知道睡眠这么重要,还能发明一整套文明来羞辱睡眠。 谁睡得少,谁自律。 谁熬得晚,谁努力。 谁工作凌晨还在线,谁有责任心。 我们把身体的维修窗口,当成可以随便挪用的公共预算。 挪一次,好像没事。 再挪一次,也没事。 后来桥开始响。 墙开始裂。 水管开始漏。 人还站在那里说:我最近怎么状态不好。 身体不回答。 它只是把大脑里的灯一盏一盏关掉。 送礼物 还没有人送礼物,鼓励一下作者吧 |
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问题可能问反了,因为人类跟近亲的各种猩猩猴子比,睡眠时间是最短的: |
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换言之灵长类动物向来都睡很久,人类这奇葩进化出了最短的睡眠时间。 |
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看起来,人的睡眠机制是祖传的,人当前睡眠时间的长短主要取决于神经细胞的 DNA 修复所需时间,有个体差异。 果蝇、斑马鱼、小鼠、人的 DNA 损伤水平在清醒时增加,在睡眠时减少。非神经细胞的 DNA 修复速度通常较快且昼夜都能进行,睡眠对这些细胞的 DNA 修复的主要作用是减慢分解代谢率、降低核心体温。对于有神经的动物,睡眠时间可能主要取决于神经细胞 DNA 修复所需的时间。用斑马鱼、小鼠等做的实验显示,清醒时神经 DNA 损伤积累引起 Parp1 水平上升,入睡后 DNA 损伤反应蛋白 Rad52、Ku80 等在 Parp1 参与下启动 DNA 修复。斑马鱼每天睡眠约 6 小时、8 小时、10 小时下的神经细胞 DNA 修复进度相同,显示超过 6 小时的睡眠对斑马鱼修复神经细胞 DNA 无贡献。抑制 Parp1 活性会降低实验动物的 DNA 修复[1]。人脑同样使用上述分子机制。 世界范围内,携带与短睡相关的基因、每天只需 4 小时到 6 小时睡眠的人数有些许上升的趋势,他们目前在人群中占比约 1%;研究人员在上述短睡者中找到了 3 个基因中 5 个出现次数较多的突变。可能还有其他基因涉及这现象。将上述基因突变引入小鼠会缩短小鼠的睡眠时间[2] [3]。这时长和斑马鱼可比,考虑到人脑的规模明显大于斑马鱼的脑,这些人的神经细胞的 DNA 修复效率大概比较高。 许多动物在睡眠或类似睡眠的蛰伏状态下修复组织与细胞层面的一些损伤、降低体温并减少运动、强化记忆、清理消化道的活性氧。睡眠剥夺会降低警觉性、影响免疫功能,长时间的睡眠剥夺可导致肠道积累的活性氧损伤达到致死水平。果蝇实验显示,人为补充抗氧化剂可让果蝇不进行类似睡眠的蛰伏行为、达到正常寿命。 眼睛退化的穴居鱼类,例如墨西哥丽脂鲤穴居种群、盲油鲶,在实验室显示出无需睡眠[4]。30 多条盲油鲶在实验室持续游动 1 年以上,全天随时对投喂做出反应[5]。可以估计,这些动物在神经细胞的 DNA 修复、消化道的活性氧控制等方面有些本事。睡眠时间明显短的其他动物也可能值得研究。 亦有学者认为睡眠剥夺会引起哺乳类免疫紊乱、消化道等处的活性氧水平上升是免疫紊乱的结果,他们做的实验显示,在小鼠身上,睡眠剥夺的危害可以被对乙酰氨基酚等缓解。我认为这有待进一步研究。 一些研究显示野生非人灵长类每天的平均睡眠时间长于人。这些研究判定野生动物是否在睡眠的方式会引入一些误差。个体差异,外来扰动等因素会让野生狒狒之类动物的若干个体每天睡眠不到 7 小时,下图取自相关论文[6]。 |
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参考^Zada D, Sela Y, Matosevich N, Monsonego A, Lerer-Goldshtein T, Nir Y, Appelbaum L. Parp1 promotes sleep, which enhances DNA repair in neurons. Mol Cell. 2021 Dec 16;81(24):4979-4993.e7. doi: 10.1016/j.molcel.2021.10.026. Epub 2021 Nov 18. PMID: 34798058; PMCID: PMC8688325.^Shi G, Yin C, Fan Z, Xing L, Mostovoy Y, Kwok PY, Ashbrook LH, Krystal AD, Ptá?ek LJ, Fu YH. Mutations in Metabotropic Glutamate Receptor 1 Contribute to Natural Short Sleep Trait. Curr Biol. 2021 Jan 11;31(1):13-24.e4. doi: 10.1016/j.cub.2020.09.071. Epub 2020 Oct 15. PMID: 33065013.^Xing L, Shi G, Mostovoy Y, Gentry NW, Fan Z, McMahon TB, Kwok PY, Jones CR, Ptá?ek LJ, Fu YH. Mutant neuropeptide S receptor reduces sleep duration with preserved memory consolidation. Sci Transl Med. 2019 Oct 16;11(514):eaax2014. doi: 10.1126/scitranslmed.aax2014. PMID: 31619542; PMCID: PMC7587149.^ Parzefall, J. Behavioural ecology of cave-dwelling fishes. In: Pitcher, T. J., ed. The behaviour of teleost fishes. London: Chapman & Hall: 1993:573–606^Pavan, C. Observations and experiments on the cave fish pimelodella kronei and its relatives. Am. Nat. 80:343–361; 1946.^J Carter LoftusRoi HarelChase L Nú?ezMargaret C Crofoot (2022) Ecological and social pressures interfere with homeostatic sleep regulation in the wild eLife 11:e73695. https://doi.org/10.7554/eLife.73695 送礼物 还没有人送礼物,鼓励一下作者吧 |
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从自然食物链的维度来看,大家的睡眠时间不是太长了,而是太短了。比如狮子老虎睡眠时间在12-20小时,人类近亲黑猩猩也要睡9-12小时。 从社会食物链的维度来看,大家的睡眠时间确实太长了,因为牛和马只需要睡2-4小时。 没关系,物竞天择,适者生存。 相信未来会进化出每天可以工作25小时的超级牛马! |
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