Cell：褪黑素的多重作用

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日前，来自欧洲分子生物学实验室（EMBL）的研究人员发现，控制人类睡眠和时差反应的一种关键激素，也是海洋浮游生物垂直迁移的重要动力。相关研究论文刊登在了近期出版的《细胞》（Cell）杂志上。
褪黑素（melatonin）又称为“黑暗荷尔蒙”，是人体维持昼夜节律的关键，当我们坐飞机跨越时区时，昼夜节律被打乱进而引起时差反应。
褪黑素帮助浮游生物在夜间从大海表面向深处移动。这项最新研究告诉我们，褪黑素对昼夜节律的控制出现在生命进化的早期，为理解人类睡眠模式的演化提供了重要的线索。
褪黑素是脊椎动物日常活动的关键调控子。实际上，几乎所有动物都具有褪黑素。不过，人们并不了解这种激素在非脊椎动物中起到了什么作用，也不清楚褪黑素是如何演化出睡眠促进功能的。
为了回答这些问题，EMBL 的Detlev Arendt领导研究团队对海生沙蚕Platynereis dumerilii进行了研究。这种动物的幼虫参与了地球上最大规模的迁徙，海洋浮游生物每天的垂直移动。每天，幼虫在纤毛的帮助下向海水表层移动，大约在傍晚时分到达表层，晚上再返回较深的地方。这种运动模式能够保护它们不受白天UV高峰期的损害。
“我们发现，这些幼虫的大脑中存在一群感光的多功能细胞。这些细胞有生物钟，能在夜间生产褪黑素，”Arendt说。“我们认为，褪黑素是这些细胞发送的信号，调控其他神经元的夜间活性，并最终驱动昼夜节律性行为。”
研究人员鉴定了能够应答褪黑素的一类运动神经元。他们在幼虫大脑中分析了这些神经元的活性，结果显示它们的活性在一天中会发生剧烈的改变。夜间的褪黑素生产使运动神经元发生改变，导致幼虫纤毛的搏动出现较长间歇，这些间歇使幼虫慢慢下沉。白天褪黑素的生产停止，纤毛的停顿减少，使幼虫能够向上游动。
“白天用褪黑素处理幼虫，会使它们表现出夜间的行为，”Tosches说。
这项研究表明，幼虫感光的褪黑素生产细胞，是它们每天上下游动的核心。这也意味着，控制我们睡眠节律的细胞可能来自于数亿年前的海洋，是应对太阳照射压力的结果。
原文检索：
Maria Antonietta Tosches, Daniel Bucher, Pavel Vopalensky, Detlev Arendt. Melatonin Signaling Controls Circadian Swimming Behavior in Marine Zooplankton. Cell, 25 September 2014; DOI: 10.1016/j.cell.2014.07.042