Có, một loài sứa không có não vẫn ngủ. Năm 2017, nhóm nghiên cứu ở Viện Công nghệ California (Caltech) do Ravi Nath dẫn đầu chứng minh sứa lộn ngược Cassiopea có trạng thái đáp ứng đủ ba tiêu chí của giấc ngủ: ban đêm nhịp co bóp chậm lại, phản ứng kém hơn với kích thích, và ngủ bù khi bị quấy cả đêm. Phát hiện này gợi ý giấc ngủ có từ rất xa xưa, có thể trước cả khi động vật có não.
Sứa lộn ngược là con gì
Sứa Cassiopea sống ở vùng nước nông nhiệt đới, đầm phá và rừng ngập mặn. Khác với hình ảnh sứa trôi lơ lửng quen thuộc, chúng nằm úp chuông xuống đáy, xúc tu xoè lên trên, trông giống một bông hoa hay một đĩa rau. Trong mô của chúng có tảo cộng sinh quang hợp, nên chúng "phơi" xúc tu lên đón ánh sáng.
Chiếc chuông của sứa co bóp nhịp nhàng, đẩy nước qua người để lấy thức ăn và oxy. Nhịp co bóp này đếm được dễ dàng, và chính nó trở thành công cụ đo giấc ngủ.
Điều quan trọng nhất: sứa thuộc ngành Thích ty bào (Cnidaria), cùng với san hô và thuỷ tức. Chúng không có não, chỉ có một mạng lưới thần kinh rải khắp cơ thể, cùng các cụm tế bào thần kinh nhỏ ở mép chuông.
Thế nào thì gọi là ngủ
Không thể đo sóng não ở một con vật không có não. Vì vậy các nhà khoa học dùng bộ tiêu chí hành vi, được dùng rộng rãi từ những năm 1980 để so sánh giấc ngủ giữa các loài. Nhóm Caltech kiểm tra ba tiêu chí chính:
- Giảm hoạt động có thể đảo ngược: con vật yên hơn nhưng tỉnh lại nhanh khi bị kích thích đủ mạnh. Khác với hôn mê hay chết.
- Giảm phản ứng với kích thích: trong trạng thái đó, phải kích thích mạnh hơn hoặc lâu hơn con vật mới phản ứng.
- Điều hoà bù trừ: nếu bị ngăn không cho ngủ, con vật sẽ ngủ nhiều hơn hoặc sâu hơn sau đó.
Tiêu chí thứ ba được coi là quan trọng nhất, vì nó phân biệt giấc ngủ, một nhu cầu cơ thể phải trả, với việc đơn giản là nghỉ ngơi theo giờ.
Thí nghiệm của nhóm Caltech
Ba nghiên cứu sinh Ravi Nath, Claire Bedbrook và Michael Abrams, làm việc với các giáo sư Paul Sternberg, Viviana Gradinaru và Lea Goentoro, công bố kết quả trên tạp chí Current Biology năm 2017. Họ quay phim sứa trong bể suốt ngày đêm và đếm nhịp co bóp.
Tiêu chí 1: ban đêm chậm lại
Ban ngày sứa co bóp đều đặn. Ban đêm nhịp co bóp chậm rõ rệt và xuất hiện những quãng ngừng dài hơn. Khi được đánh thức bằng thức ăn, sứa lập tức trở lại nhịp bình thường, tức trạng thái này đảo ngược nhanh.
Tiêu chí 2: phản ứng chậm hơn
Nhóm đặt sứa lên một tấm đỡ trong nước rồi rút tấm đỡ ra, để sứa chìm xuống. Một con sứa tỉnh sẽ nhanh chóng định hướng lại, bơi về tư thế nằm úp ở đáy. Ban đêm, sứa mất nhiều thời gian hơn hẳn để phản ứng như vậy, nếu lần thử diễn ra trong lúc chúng đang ở trạng thái yên. Khi bị đánh thức trước bằng thức ăn, phản ứng lại nhanh như ban ngày.
Tiêu chí 3: ngủ bù
Nhóm dùng tia nước nhẹ bắn vào sứa định kỳ trong suốt đêm, không cho chúng yên. Ngày hôm sau, những con sứa bị quấy co bóp ít hơn bình thường, như đang "trả nợ" giấc ngủ. Con sứa không bị quấy thì không có hiện tượng này.
Ba tiêu chí đều thoả mãn. Nhóm còn thấy một số chất làm thú có vú buồn ngủ cũng làm sứa giảm nhịp co bóp, gợi ý cơ chế hoá học của giấc ngủ có thể đã có mặt từ rất sớm.
Không chỉ sứa: thuỷ tức và giun tròn
Sau sứa, các nhà khoa học tìm thêm những sinh vật đơn giản có trạng thái giống giấc ngủ:
- Thuỷ tức (Hydra): sinh vật nước ngọt nhỏ, cùng ngành với sứa, không có não. Nghiên cứu của Kanaya và cộng sự (2020) trên tạp chí Science Advances cho thấy thuỷ tức có những giai đoạn bất động lặp lại theo chu kỳ khoảng 4 giờ, và ngủ bù khi bị quấy. Điều thú vị: chu kỳ này không theo nhịp ngày đêm 24 giờ như ở sứa.
- Giun tròn C. elegans: sinh vật chỉ có 302 tế bào thần kinh. Nghiên cứu của Raizen và cộng sự (2008) trên Nature cho thấy giun có giai đoạn bất động trước mỗi lần lột xác, đáp ứng các tiêu chí của giấc ngủ. Giun bị stress cũng có giai đoạn ngủ riêng.
Mốc tiến hoá của giấc ngủ
| Nhóm sinh vật | Có não không | Bằng chứng giấc ngủ | Nghiên cứu tiêu biểu |
|---|---|---|---|
| Thuỷ tức | Không, chỉ có mạng thần kinh | Trạng thái giống ngủ, chu kỳ ~4 giờ | Kanaya và cs., 2020 |
| Sứa lộn ngược | Không | Đủ ba tiêu chí, theo nhịp ngày đêm | Nath và cs., 2017 |
| Giun tròn C. elegans | Hạch thần kinh, 302 tế bào | Ngủ trước khi lột xác, ngủ do stress | Raizen và cs., 2008 |
| Ruồi giấm, ong mật | Có não nhỏ | Ngủ đêm, ngủ bù | Hendricks, Shaw và cs., 2000 |
| Bạch tuộc | Có não lớn | Hai trạng thái ngủ | Medeiros 2021; Pophale 2023 |
| Cá, chim, thú | Có não | Ngủ sóng chậm và REM (ở mức khác nhau) | Nhiều nghiên cứu |
Ngành Thích ty bào (sứa, thuỷ tức, san hô) tách khỏi nhánh dẫn tới phần lớn động vật còn lại từ khoảng 600 triệu năm trước hoặc hơn. Nếu cả sứa lẫn người đều ngủ, có hai cách hiểu: hoặc tổ tiên chung đã ngủ, hoặc giấc ngủ xuất hiện nhiều lần độc lập. Nhiều nhà khoa học nghiêng về cách thứ nhất, nhưng câu hỏi chưa đóng lại.
Điều này nói gì về chức năng của giấc ngủ
Trong một thời gian dài, chức năng của giấc ngủ thường được giải thích bằng những gì não lớn làm: củng cố trí nhớ, xử lý cảm xúc, dọn dẹp chất thải. Những chức năng đó có thể đúng ở người. Nhưng nếu một con sứa không có não cũng cần ngủ, thì lý do gốc rễ nhất của giấc ngủ có lẽ nằm ở mức tế bào thần kinh, không cần đến cả một bộ não phức tạp.
Một số giả thuyết đang được bàn: giấc ngủ giúp tế bào thần kinh phục hồi năng lượng, sửa chữa tổn thương. Chẳng hạn, nghiên cứu của nhóm Lior Appelbaum (Israel) năm 2019 trên cá ngựa vằn gợi ý giấc ngủ giúp tế bào thần kinh sửa chữa tổn thương DNA tích tụ khi thức. Đây vẫn là các giả thuyết, cần nhiều nghiên cứu nữa.
Điều có thể nói chắc: giấc ngủ không phải một "thói quen" của động vật bậc cao, mà là một nhu cầu cơ bản, có mặt ở những sinh vật rất đơn giản.
Góc nhìn hôm nay
Câu chuyện con sứa ngủ là một trong những minh hoạ đẹp nhất cho việc khoa học có thể trả lời câu hỏi nghe như đùa bằng thí nghiệm nghiêm túc: đếm nhịp co bóp, rút tấm đỡ, bắn tia nước. Không cần thiết bị đắt tiền, chỉ cần định nghĩa rõ và kiên nhẫn quan sát.
Với người, phát hiện này nhắc rằng ngủ không phải thời gian "lãng phí" có thể cắt bớt tuỳ ý. Một nhu cầu đã tồn tại qua hàng trăm triệu năm tiến hoá, từ con sứa tới con người, hẳn phải có giá trị rất lớn với sự sống.
Sứa lộn ngược có ở nhiều thuỷ cung trên thế giới vì dễ nuôi. Nếu gặp, hãy xem một lúc và đếm nhịp chuông co bóp. Ngoài tự nhiên, khi đi biển, nhớ rằng nhiều loài sứa có thể gây bỏng da; đừng chạm vào sứa, kể cả sứa nằm trên bãi cát.
Câu hỏi thường gặp
Sứa có ngủ không?
Có, ít nhất là sứa lộn ngược Cassiopea. Nghiên cứu năm 2017 của nhóm Caltech cho thấy loài sứa này ban đêm co bóp chậm lại, phản ứng kém hơn với kích thích và ngủ bù khi bị quấy cả đêm.
Sứa không có não thì ngủ bằng gì?
Sứa có một mạng lưới thần kinh rải khắp cơ thể và các cụm tế bào thần kinh nhỏ ở mép chuông. Giấc ngủ của chúng được nhận biết qua hành vi, không qua sóng não. Điều này gợi ý giấc ngủ có thể bắt nguồn ở mức tế bào thần kinh.
Làm sao biết sứa đang ngủ?
Các nhà khoa học đếm nhịp co bóp của chuông sứa và đo tốc độ phản ứng khi sứa bị thả chìm. Ban đêm nhịp co bóp chậm hơn và sứa phản ứng chậm hơn, và nếu bị quấy cả đêm thì hôm sau sứa ít hoạt động hơn.
Sinh vật đơn giản nhất biết ngủ là gì?
Trong số đã được nghiên cứu, thuỷ tức và sứa, đều không có não, là những sinh vật đơn giản nhất có trạng thái giống giấc ngủ. Giun tròn C. elegans với 302 tế bào thần kinh cũng có giấc ngủ.
Giấc ngủ xuất hiện từ bao giờ?
Chưa ai biết chắc. Vì sứa, thuỷ tức và người đều ngủ, nhiều nhà khoa học cho rằng giấc ngủ có thể đã có ở tổ tiên chung cách đây hơn 600 triệu năm. Cũng có khả năng giấc ngủ xuất hiện độc lập nhiều lần.