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人文周刊·新潮:你的生物钟属于谁

发布时间:2020-09-15 20:09:12 已有: 人阅读

  2017年的诺贝尔生物和医学奖授予了三位时间生物学科学家,他们揭开了生物钟背后的分子机制。“时间生物学”是科学术语,普通人更明白的概念是生物钟。

  三位获奖者分别是美国缅因大学的杰弗里·霍尔、布兰代斯大学的迈克尔·罗斯巴什和洛克菲勒大学的迈克·扬。他们发现了三种节律基因,鉴别出激活节律基因所需的蛋白质,并阐明了关键的生物钟机制原理。在时间生物学领域,这三位科学家的贡献是卓越的,但现代时间生物学的开拓者,首推美国明尼苏达大学的弗朗兹·哈尔伯格,他创立了第一个时间生物学实验室,那里成为时间生物学的发源地。

  无论东西方,古人都早就注意到生物的时间节律。植物生长、候鸟往来、鸡鸣司晨,“生气通天”、“万物都有其季节和时间,定时而生,定时而死,栽种有时,拔除有时”等等现象描述,并不新鲜。1647年,一个意大利人设计制造了一个大台秤,在秤盘上放置一个小室,坐在里面研究自己多年,发现体重和尿液浑浊度都有月周期,这被认为是最早的时间生物学“实验研究”。1729年,法国科学家让·德·梅朗发现,即使在隔绝日光的情况下,含羞草的叶片依旧有昼夜活动节奏。1750年,植物分类学创始人林耐,根据花朵的开放时间设计了“花钟”。人们也早就观察到的血压、体温等节律现象。但都未能揭示这些节律的成因。直至上世纪50年代以后,现代时间生物学才线年代以后才迎来分子水平的突破。

  今年的诺奖成果,属于时间生物学中的“近日节律”研究,也就是对生物体大致接近以日为周期(在20至28小时之间)的节律的研究,这是生物体包括人在内最强的节律,睡眠、体温、血压、心率等都有明显的近日节律。生物体的节律还包括“超日节律”,即低于20小时的节律,如心跳以秒为周期,呼吸以数秒为周期。还有大于28小时的“亚日节律”,如器官移植中的排异反应有接近7日的周期,女性排卵则是近月周期。

  这些周期不等的节律表明了生物钟的丰富性。一种生物并非只受一种节律的控制。人的身体既有以日为周期的节律,也有短于1日和长于1日的节律,比如心率既有1日内的周期,也有以秒计的周期,还有季节性的周期。

  人人都有生物钟,生物钟是外源性的还是内生的?传统的“天人感应”或“天人合一”理论,都是讲环境造成了生物节律,也就是说,生物钟是外源的,是被动形成的,是环境钟作用于生物体的结果,至少也是“关系性”的,是生物适应环境的结果。

  对此,现代时间生物学并不明确否认,近日节律、近月节律、近年节律这些名称,就表明生物钟与环境钟之间的关系。但分子水平的生物钟机制研究,实际上默认了生物钟的内在性,即认为生物钟是生物“自备”的。换句话说,如果生物钟与环境钟有关系,可能也要从生命起源和生物进化的遗存意义上来理解,而现存生物的绝大多数生理节律,要从机体自身的“测时功能”来寻找答案。

  在与外界隔绝、排除环境因素、没有任何外在时间参考的情况下,受试者的体温仍以接近24小时的节律波动,睡眠-觉醒节律也依然存在,这从实验角度支持“内源生物钟”的认识。有了这样的认识,人们才会到生物体内寻找生物钟的生物学基础——生物钟由哪些“设备”构成,它怎样工作;人们才会去寻找构成生物钟的基因、蛋白质,并完成生物钟基因作用的理论。从1971年发现第一个生物钟基因开始,科学家就在生物体内寻找完备的“钟理论”,解释为什么生物体会产生节律,是哪些基因参与节律的形成,基因起作用的原理是什么,节律的周期到底有多长,等等。现在,科学家已经弄清楚动物和的24小时的分子基础,以及“24小时制”怎样在机体内起作用,为什么会这样起作用。但是,为什么这一节律周期是24小时,而不是36小时或者45小时,还未找到答案。

  有一种解释说,“也许,这是不证自明的公理,因为地球上的人和生物是在适应地球的自转和公转生活”。地球生物是地球演化的产物而不是天外来客,所以和地球有同样的节奏,24小时节律,有利于植物晒太阳,有利于人和动物工作、休息。这样,问题又回到了“环境决定论”,只是这里讲的是“总体环境”,而非某个具体地点的光照、噪声等环境。

  因为今年的诺奖,大家都说起“不要熬夜”,这个仿佛过时的古老劝诫,突然就不显得不入时了,这凸显了科学的巨大训喻作用和时尚化作用。但扰乱生物钟已经成为现代生活态度乃至现代生活制度,夜间工作有夜班费,夜里花钱买醉还乐此不疲。不过,哪怕你已经成为一个“现代人”,生物钟已经调校到“习惯于昼伏夜出”,你仍然逃不出地球的手掌心,你的现代的身体与古人的身体所处的总体处境没什么不同。如果地球规定人必须夜晚睡觉,这可是比基因更加根本的规定,这就是天条。

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