生物節律/時間生物學:撥動人體生物鐘

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  許多生物都存在著有趣的生物鐘現象。例如,在南美洲的瓜地馬拉有一種第納鳥,它每過30分鐘就會“嘰嘰喳喳”地叫上一陣子,而且誤差只有15秒,因此那裏的居民就用它們的叫聲來推算時間,稱為“鳥鐘”;在非洲的密林裏有一種報時蟲,它每過一小時就變換一種顏色,在那裏生活的家家戶戶就把這種小蟲捉回家,看它變色以推算時間,稱為“蟲鐘”。


  在植物中也有類似的例子。在南非有一種大葉樹,它的葉子每隔兩小時就翻動一次,因此當地居民稱其為“活樹鐘”;在南美洲的阿根廷,有一種野花能報時,每到初夏晚上8點左右便紛紛開放,被稱為“花鐘”。


  不僅如此,微小的細菌也知道時間。據美國最新的《自然》雜誌介紹,某些單細胞生物體內不僅存在生物鐘,而且這些生物鐘十分精確。


人體內的“隱性時鐘”


  萬物之靈的人類,同樣受著生命節律的支配。什麼是人體生物鐘?有人把人體內的生物節律形象地比喻為“隱性時鐘”。科學家研究證實,每個人從他誕生之日直至生命終結,體內都存在著多種自然節律,如體力、智力、情緒、血壓、經期等,人們將這些自然節律稱作生物節律或生命節奏等。人體記憶體在一種決定人們睡眠和覺醒的生物種,生物鐘根據大腦的指令,調節全身各種器官以24小時為週期發揮作用。


  早在19世紀末,科學家就注意到了生物體具有“生命節律”的現象。上世紀初,德國內科醫生威爾赫姆·弗裏斯和一位奧地利心理學家赫爾曼·斯瓦波達,他們通過長期的臨床觀察,揭開了其中的奧秘。原來,在病人的病症、情感以及行為的起伏中,存在著一個以23天為週期的體力盛衰和以28天為週期的情緒波動。大約過了20年,奧地利因斯布魯大學的阿爾弗雷特·泰爾其爾教授,在研究了數百名高中和大學學生的考試成績後,發現人的智力是以33天為波動週期的。於是,科學家們將體力、情緒與智力盛衰起伏的週期性節奏,繪製出了三條波浪形的人體生物節律曲線圖,被形象地喻為一曲優美的生命重奏。到了20世紀中葉,生物學家又根據生物體存在週期性迴圈節律活動的事實,創造了“生物鐘”一詞。


生物鐘:人的第三只眼


  生物鐘的位置到底在何處?傳統的觀點認為,生物鐘應該存在於大腦中,但對於具體位置的說法卻又各不相同。有人認為,生物鐘的確切位置在下丘腦前端,視交叉上核內,該核通過視網膜感受外界的光與暗,使之和體內的時鐘保持同一節奏。也有人認為,生物鐘現象與體內的褪黑素有密切的關係,由於褪黑素是由松果腺所分泌,因此生物鐘也應該位於松果體上。


  後來產生了外界資訊所導致的外源說、生物體內在因素決定的內源說和生物體與環境相互作用的綜合說等。


  外源說認為,某些複雜的宇宙資訊是控制生命節律現象的動因。美國學者弗蘭克布朗博士認為,人類對廣泛的外界資訊,如電場變化、地磁變化、重力場變化、宇宙射線,其他行星運動週期、光的變化、月球引力等極為敏感,這些變化的週期性,引起了人的生命節律的週期性。


  內源說認為,生命節律是由人體自身內在的因素決定的。對夜間活動的倉鼠的試驗表明,在外界條件變化的情況下,如在與地球自轉方向相反的條件下,仍然有相似的節律。人在恒溫和與外界隔絕的地下,也表現出近似於24小時的節律,因此,人的生命節律是由人自身的因素造成的。


  綜合說是人體與環境相互作用的理論。


12個生物鐘基因:揭開生物鐘神秘面紗


  據專家介紹,人類已經發現了12個與生物鐘相關的基因,生物鐘不但影響人的身心健康,而且可以在治療疾病中發揮重要的作用。


  20世紀80年代,由於分子生物學的發展,生物鐘的研究取得了突破性的進展。1971年英國科學家在其研究的果蠅中發現了一隻特殊果蠅,它的生物鐘只有21小時。科學家花了14年時間,直到1985年才找到了引起這個果蠅生物鐘異常的基因。這就是人類第一次發現與生物鐘相關的基因,這個基因被命名為period———“週期”。科學家一直試圖克隆該基因在其他物種,尤其是哺乳動物的類似基因,但一直未能成功。1997年《細胞》雜誌上發表了一篇論文,科學家通過對上萬隻實驗鼠的研究,發現了一隻實驗鼠的生物鐘週期是27小時,並定位克隆了這個核酸發生變異的基因,命名為“時鐘”基因—ClockGene。


  與此同時,孫中生博士等為了克隆乳腺癌基因,對17號染色體基因進行大規模的篩選。他們發現,其中有一個基因與果蠅的生物鐘基因“週期”呈現一定的序列類似性,因此假設該基因是果蠅“週期”在哺乳動物中具有同等功能的類似基因。通過動物實驗,他們發現“週期”基因有24小時表達節律,同時該基因的表達能隨光週期的改變而變化。這一發現因揭示了生物鐘的分子生物學基礎,被《科學》雜誌評為當年10大科技突破之一。


  近年,國際上對時間生物學研究十分重視,提出了時間病理學、時間藥理學和時間治療學等概念,生物節律已成為研究臨床、預防及基礎醫學的一個重要學科。中科院計畫在我國建立一個具有國際水準的時間生物學研究基地,推廣時間生物學在我國醫學臨床的應用。

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