了解你的生物钟

时间：2021-05-10  来源：  作者：  浏览次数：

2017年诺贝尔生理学或医学奖授予了美国遗传学家杰弗里霍尔、迈克尔罗斯巴殊和迈克尔杨，因为他们发现了昼夜节律的分子机制。所谓的昼夜节律，就是人们通常所说的生物钟。

复杂生物钟网络

其实生物钟是一门古老的科学。1792年的一个晚上，法国天文学家让雅克德奥图德梅兰发现含羞草已经“睡了”——。它的叶子是闭着的，而白天它的叶子是开着的。他想知道如果含羞草被蒙在鼓里会发生什么。后来，他发现尽管没有阳光，含羞草的叶子每天都保持正常的变化。显然，植物“知道”太阳的位置，知道什么时候是白天和黑夜。德米兰是第一个发现昼夜节律的人。

后来，其他科学家发现，不仅植物，动物也通过生物钟帮助自己适应环境的日常变化。

一天24小时并不是地球上唯一的时间结构。除此之外还有潮汐时间，月亮周期，年周期。生活在海洋中的动物受潮汐的影响很大，每年周期发生的现象包括候鸟、鲑鱼迁徙、爬行动物冬眠等。还有一些生命周期令人费解的生物。比如水螅在繁殖季节满月的午夜一起下蛋。后来，科学家们发现珊瑚虫体内有一种光传感器，可以在满月时感知光线。从新月到满月，在增加月光的过程中，它们体内的传感器基因逐渐变得活跃，在月圆之夜充当了产卵的触发器。

20世纪70年代，科学家发现了哺乳动物生物钟的位置。动物眼睛后面的小脑有两个小区域，现在称为视交叉上核。这个区域的神经元与视网膜相连，负责对光和暗的周期性反应。视交叉上核只有1/4粒大小，由大约20，000个神经细胞组成。这两个区域向大脑和身体发送信号，控制激素释放，调节体温和食欲，被称为中枢生物钟。

除了中枢生物钟，人体还有很多外围生物钟。2014年，宾夕法尼亚大学的科学家约翰霍尼斯发现，近一半的哺乳动物基因活动会随着时间而变化。他绘制了小鼠心脏、肺、肝脏、胰腺、皮肤和脂肪细胞等12个不同器官中数千个基因的24小时表达模式，并绘制了哺乳动物基因振荡的“图谱”。

令人惊讶的是，控制基因活动随时间变化的信号不一定来自大脑。如果将肝细胞保存在培养皿中，就会迅速进入24小时节律。“人体只有一个生物钟”这个概念已经成了过去式。根据目前的研究，人体内几千甚至几百万个生物钟形成一个复杂的网络，独立运行，但又相互沟通，相互协调。

生物钟的出现给生物的生存带来了极大的优势，最经典的例子就是蓝藻实验。1998年，美国范德比尔特大学的凯尔约翰逊用一种叫做蓝细菌的单细胞生物进行研究。正常蓝藻的生物节律为24小时，但基因突变蓝藻的生物节律可以缩短或延长，如22小时或26小时。凯尔.约翰逊在12小时光照和12小时黑暗的条件下，将这些基因突变的蓝细菌和正常蓝细菌以相等的比例混合。之后，约翰逊发现突变后的蓝藻无法适应光置换的环境，生存竞争力下降，基本消失。

蓝藻在生物钟的作用下，能在日出之前调动光合作用系统，一出现阳光就能吸收能量，比那些只靠光启动光合作用系统的生物领先一步。同样，日落之后，蓝藻的光合系统也会按照生物钟的指令关闭，避免夜间不必要的能量浪费。这个实验清楚地表明，将内部代谢节律与环境周期相匹配将增强物种的竞争力。

生物钟与健康

对于人类来说，生物钟的紊乱也会引发很多问题，其中最常见的就是时差。时差综合症患者知道让生物钟和思维一致有多痛苦。时差综合征的症状之一是虽然很累，但晚上仍然失眠，这也导致注意力下降、协调能力差、认知能力下降、情绪波动、食欲不振等问题。

19世纪以前，人类的社会生活时间与当地太阳时一致：中午是太阳到达最高点的时间。这条时间分割规则在铁路发明后受到了冲击。突然，人们可以在几个小时内走很长一段距离，这使得当地的太阳时完全无用。因此，1884年，许多国家共同实施了一项制度：将世界划分为24个时区，并将经过伦敦附近格林威治天文台的子午线设定为本初子午线。

地球上所有的生物，包括发明飞机之前的人类，都完全没有时差问题，所以没有进化出一种机制来快速大幅度的修正自己的手表。随着巨型喷气式飞机的出现，人们从太平洋西岸的上海飞到东海岸的洛杉矶，只需要12个小时左右，时间“倒退”了16个小时。一天之内造成的时差，并不能立即适应任何生物钟。

现代生活方式很少跟得上我们的生物钟。当今社会，对生物钟最严重的负面影响就是倒班。轮班工作意味着：人们工作