了解你的生物钟

时间：2022-06-25  来源：  作者：[db:作者]  浏览次数：

2017年诺贝尔生理学或医学奖授予美国遗传学家杰弗里霍尔、迈克尔罗斯巴殊和迈克尔杨，以表彰他们发现昼夜节律的分子机制。所谓昼夜节律，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学问。792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“沉睡”了——年。它的叶子是闭着的，但在白天是开着的。他想知道如果含羞草保存在黑暗中会发生什么，然后他发现尽管没有阳光，含羞草的叶子每天都保持着正常的规律变化。显然，植物“知道”太阳的位置，知道什么时候是白天，什么时候是夜晚。德朗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、月亮周期和年周期。生活在海里的动物受潮汐的影响很大，每年发生的现象有候鸟迁徙、鲑鱼迁徙、爬行动物冬眠等等。有些生物的生命周期令人费解，比如繁殖期的珊瑚虫会在满月的午夜一起产卵。后来科学家发现珊瑚虫体内有一种光传感器，可以感知满月的光线。从新月到满月，在月光增加的过程中，它们体内的传感器基因逐渐活跃起来，在满月的夜晚充当产卵的触发器。

20世纪70年代，科学家发现了哺乳动物生物钟的位置。在动物眼睛后面的丘脑中有两个小区域，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。视交叉上核只有米粒的1/4大小，由大约20000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(John Hognis)发现，哺乳动物近一半的基因活动会随着时间发生变化。他绘制了小鼠心脏、肺、肝脏、胰腺、皮肤、脂肪细胞等12个不同器官上千个基因的24小时表达模式，并制作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。如果把肝细胞放在培养皿里，很快就会进入24小时的节奏。“人体只有一个生物钟”的观念已经成为过去。根据目前的研究，人体内成千上万甚至上百万个生物钟组成了一个复杂的网络，它们各自独立运行，但又相互调用和协调。

生物钟的出现给生物的生存带来了巨大的好处，最经典的例子就是蓝藻实验。1998年，美国范德堡大学的凯尔约翰逊用一种叫做蓝细菌的单细胞生物进行了研究。正常蓝藻的生物节律是24小时。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。在12小时光照和12小时黑暗的条件下，将凯尔约翰逊体内有这些基因突变的蓝藻和正常蓝藻按等比例混合培养。之后，约翰逊发现突变蓝藻的生存竞争力下降，基本消失，因为它们无法适应光照的变化环境。

在生物钟的作用下，蓝藻可以在日出前提前调动光合系统，只要阳光一出现就能摄入能量，比那些纯粹靠光启动光合系统的生物早了一步。同样，日落之后，蓝藻的光合系统也会根据生物钟的指令关闭，避免不必要的浪费夜间不需要调动的能量。这个实验清楚地表明，将内部代谢节律与环境循环相匹配，会增强物种的竞争力。

生物钟与健康

对于人类来说，生物钟的紊乱也会造成很多问题，最常见的就是时差。任何患有时差综合症的人都知道，让生物钟与大脑保持一致是多么痛苦的事情。时差综合征的症状之一是，虽然你很累，但晚上仍然失眠。此外，还会导致注意力下降、协调性差、认知能力下降、情绪波动、食欲不佳等问题。

19世纪以前，人类的社会生活时间与当地太阳时间一致：正午是太阳达到最高点的时间。铁路发明后，这种时间划分规则受到了冲击。突然，人们可以在短短几个小时内走很长的距离，这使得当地的太阳时间完全无法使用。因此，1884年，许多国家共同实行了一种制度：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定为本初子午线。

地球上所有的生物，包括飞机发明前的人类，根本不存在时差问题，也没有快速大幅度校准作息时间的机制。随着大型喷气式飞机的出现，人们从太平洋西海岸的上海飞到东海岸的洛杉矶只需要12个小时左右，时间“倒退回”16个小时。这样的日子里造成的时差，不是任何一个生物钟能马上适应的。

现代生活方式很少与我们的生物钟保持同步。在当今社会，轮班工作对人体生物钟的负面影响最为严重。轮班工作意味着人们工作。