なぜ動物は眠るのか？――眠らない生物は存在するのか

眠っている動物は無防備である。敵に襲われても反応が遅れ、食事も交尾もできず、移動もできない。それでも人間だけでなく、鳥、魚、昆虫、線虫など広い動物群に睡眠または睡眠様状態が見つかっている。

進化は大きな不利益を伴う性質を簡単には残さない。睡眠がこれほど広く残っているなら、眠らないことにはそれ以上の代償があると考えるべきだ。

そもそも「眠っている」とは何か

人間では脳波を測れば睡眠段階を詳しく区別できる。しかし昆虫や線虫に人間と同じ脳波を求めることはできない。

比較生物学では、睡眠を次のような行動学的特徴で判断することが多い。

• 一定時間、活動が低下する
• 特定の姿勢や場所を取る
• 刺激への反応が弱くなるが、強い刺激では覚醒できる
• 眠れなかった後に睡眠量が増える「反跳」がある
• 生体内の時計や恒常性によって調節される

この定義により、哺乳類とは神経系が大きく異なる動物にも睡眠様状態が確認されている。

睡眠は「脳を完全に止める時間」ではない

眠っている間も脳は活動している。むしろ活動パターンが変わっている。

哺乳類の睡眠には大きくノンレム睡眠とレム睡眠があり、神経活動、筋緊張、自律神経活動が異なる。睡眠は単純な省電力モードではない。

もしエネルギー節約だけが目的なら、覚醒したまま動かず休む方法でもよさそうである。それでも意識状態まで変化させる睡眠が存在することは、神経系に睡眠特有の処理が必要であることを示唆する。

記憶は寝ている間にも整理される

学習後の睡眠が記憶の固定に関係することは多くの研究で示されている。

覚醒中に経験した情報の一部は、睡眠中に神経回路で再活性化される。人間では海馬と大脳皮質の相互作用が重要で、短期的に符号化された情報を長期的な記憶ネットワークへ統合する過程に睡眠が関与すると考えられている。

ただし「睡眠＝記憶保存だけ」とするのも狭すぎる。記憶をほとんど研究できない単純な神経系の動物にも睡眠様状態があるからだ。

神経回路は起き続けると何が困るのか

覚醒中、神経系は外界から膨大な刺激を受け取り、シナプス結合を変化させる。学習によって結合強度が上がり続ければ、エネルギー消費や情報処理の余裕がなくなる。

そこで睡眠中に一部のシナプス強度を再調整し、重要な情報を残しながらネットワーク全体を安定化させるという仮説がある。

睡眠を「脳を休ませる」より、神経回路の保守点検と再設定を行う時間と考える方が近い。

代謝と老廃物処理

脳は体重に占める割合の割に多くのエネルギーを使う。代謝を行えば副産物も生じる。

哺乳類では睡眠中に脳の細胞間液の流れや老廃物除去が変化することが報告され、グリンパティック系との関係が研究されている。ただし、これを「睡眠の唯一の目的」とするのは早い。

睡眠は一つの目的のために存在するというより、複数の生理機能が睡眠状態を利用している可能性が高い。

睡眠と免疫

感染時に眠気が強くなるのは偶然ではない。免疫系が作るサイトカインの一部は睡眠調節へ作用する。

逆に慢性的な睡眠不足は免疫機能や炎症制御に影響する。睡眠は神経系だけの現象ではなく、内分泌、代謝、免疫を含む全身状態の調整と結びついている。

動物はどれくらい眠るのか

睡眠時間は種によって大きく違う。捕食者か被食者か、餌を探す時間、体サイズ、食性、生活場所などが影響する。

大型草食動物は長時間採食する必要があり、睡眠時間が短い傾向を示す種もいる。一方、安全な巣穴で休める小型動物は長く眠れる場合がある。

つまり「必要な睡眠時間」は脳だけで決まらず、生態との折り合いで進化する。

半分だけ眠る動物

イルカなどの一部の海棲哺乳類や鳥では、左右の大脳半球の一方をより睡眠状態に近づけながら、もう一方を覚醒に保つ「半球睡眠」が知られている。

海面へ呼吸しに行く必要がある動物や、長時間の飛翔・警戒が必要な鳥にとって、完全に外界との接続を切る睡眠は危険である。

これは睡眠が消えたのではなく、生活条件に合わせて睡眠の形が変形した例である。

本当に眠らない動物はいるのか

「一生まったく睡眠を必要としない動物」が存在するかは難しい問題である。

活動停止がほとんど見られないように見える動物でも、詳細に測ると反応性低下や神経活動の周期変化が見つかることがある。クラゲのように中央集権的な脳を持たない動物でも睡眠様状態が報告されている。

この事実は重要である。もし睡眠様状態が脳の出現以前から存在していたなら、睡眠の起源は高度な思考のためではなく、神経細胞や生体システムそのものの維持にある可能性がある。

植物は眠るのか

植物には動物と同じ睡眠は定義されない。ただし概日時計を持ち、昼夜で遺伝子発現、葉の角度、気孔開閉、代謝を変える。

「夜に活動が変わること」と「睡眠」は同じではない。睡眠という言葉を広げすぎると、生物学的に別の現象が混ざってしまう。

結論――睡眠は「何もしない時間」ではない

睡眠中、動物は外界への反応をあえて低下させる。それほど大きなコストを払っても、睡眠は進化上繰り返し維持されてきた。

現在もっとも妥当なのは、睡眠を単一機能へ還元しないことである。

神経回路の安定化、記憶処理、代謝調節、免疫、発達など、多数の機能が睡眠状態と結びついている。

眠りは活動の停止ではない。生き物が次の覚醒を成立させるために、内部状態を組み直している時間と考えると、その奇妙さが少し理解しやすくなる。

参考文献

1. Joiner WJ. The origins and evolution of sleep. Curr Biol. 2016/2019 review. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6515771/
2. 睡眠と記憶固定、シナプス恒常性に関する神経科学レビュー。
3. 海棲哺乳類・鳥類のunihemispheric sleepに関する比較生理学研究。