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生物节律/时间生物学:拨动人体生物钟


生物节律相关知识 - 时间生物学:拨动人体生物钟


  许多生物都存在着有趣的生物钟现象。例如,在南美洲的危地马拉有一种第纳鸟,它每过30分钟就会“叽叽喳喳”地叫上一阵子,而且误差只有15秒,因此那里的居民就用它们的叫声来推算时间,称为“鸟钟”;在非洲的密林里有一种报时虫,它每过一小时就变换一种颜色,在那里生活的家家户户就把这种小虫捉回家,看它变色以推算时间,称为“虫钟”。


  在植物中也有类似的例子。在南非有一种大叶树,它的叶子每隔两小时就翻动一次,因此当地居民称其为“活树钟”;在南美洲的阿根廷,有一种野花能报时,每到初夏晚上8点左右便纷纷开放,被称为“花钟”。


  不仅如此,微小的细菌也知道时间。据美国最新的《自然》杂志介绍,某些单细胞生物体内不仅存在生物钟,而且这些生物钟十分精确。


人体内的“隐性时钟”


  万物之灵的人类,同样受着生命节律的支配。什么是人体生物钟?有人把人体内的生物节律形象地比喻为“隐性时钟”。科学家研究证实,每个人从他诞生之日直至生命终结,体内都存在着多种自然节律,如体力、智力、情绪、血压、经期等,人们将这些自然节律称作生物节律或生命节奏等。人体内存在一种决定人们睡眠和觉醒的生物种,生物钟根据大脑的指令,调节全身各种器官以24小时为周期发挥作用。


  早在19世纪末,科学家就注意到了生物体具有“生命节律”的现象。上世纪初,德国内科医生威尔赫姆·弗里斯和一位奥地利心理学家赫尔曼·斯瓦波达,他们通过长期的临床观察,揭开了其中的奥秘。原来,在病人的病症、情感以及行为的起伏中,存在着一个以23天为周期的体力盛衰和以28天为周期的情绪波动。大约过了20年,奥地利因斯布鲁大学的阿尔弗雷特·泰尔其尔教授,在研究了数百名高中和大学学生的考试成绩后,发现人的智力是以33天为波动周期的。于是,科学家们将体力、情绪与智力盛衰起伏的周期性节奏,绘制出了三条波浪形的人体生物节律曲线图,被形象地喻为一曲优美的生命重奏。到了20世纪中叶,生物学家又根据生物体存在周期性循环节律活动的事实,创造了“生物钟”一词。


生物钟:人的第三只眼


  生物钟的位置到底在何处?传统的观点认为,生物钟应该存在于大脑中,但对于具体位置的说法却又各不相同。有人认为,生物钟的确切位置在下丘脑前端,视交叉上核内,该核通过视网膜感受外界的光与暗,使之和体内的时钟保持同一节奏。也有人认为,生物钟现象与体内的褪黑素有密切的关系,由于褪黑素是由松果腺所分泌,因此生物钟也应该位于松果体上。


  后来产生了外界信息所导致的外源说、生物体内在因素决定的内源说和生物体与环境相互作用的综合说等。


  外源说认为,某些复杂的宇宙信息是控制生命节律现象的动因。美国学者弗兰克布朗博士认为,人类对广泛的外界信息,如电场变化、地磁变化、重力场变化、宇宙射线,其他行星运动周期、光的变化、月球引力等极为敏感,这些变化的周期性,引起了人的生命节律的周期性。


  内源说认为,生命节律是由人体自身内在的因素决定的。对夜间活动的仓鼠的试验表明,在外界条件变化的情况下,如在与地球自转方向相反的条件下,仍然有相似的节律。人在恒温和与外界隔绝的地下,也表现出近似于24小时的节律,因此,人的生命节律是由人自身的因素造成的。


  综合说是人体与环境相互作用的理论。


12个生物钟基因:揭开生物钟神秘面纱


  据专家介绍,人类已经发现了12个与生物钟相关的基因,生物钟不但影响人的身心健康,而且可以在治疗疾病中发挥重要的作用。


  20世纪80年代,由于分子生物学的发展,生物钟的研究取得了突破性的进展。1971年英国科学家在其研究的果蝇中发现了一只特殊果蝇,它的生物钟只有21小时。科学家花了14年时间,直到1985年才找到了引起这个果蝇生物钟异常的基因。这就是人类第一次发现与生物钟相关的基因,这个基因被命名为period———“周期”。科学家一直试图克隆该基因在其他物种,尤其是哺乳动物的类似基因,但一直未能成功。1997年《细胞》杂志上发表了一篇论文,科学家通过对上万只实验鼠的研究,发现了一只实验鼠的生物钟周期是27小时,并定位克隆了这个核酸发生变异的基因,命名为“时钟”基因—ClockGene。


  与此同时,孙中生博士等为了克隆乳腺癌基因,对17号染色体基因进行大规模的筛选。他们发现,其中有一个基因与果蝇的生物钟基因“周期”呈现一定的序列类似性,因此假设该基因是果蝇“周期”在哺乳动物中具有同等功能的类似基因。通过动物实验,他们发现“周期”基因有24小时表达节律,同时该基因的表达能随光周期的改变而变化。这一发现因揭示了生物钟的分子生物学基础,被《科学》杂志评为当年10大科技突破之一。


  近年,国际上对时间生物学研究十分重视,提出了时间病理学、时间药理学和时间治疗学等概念,生物节律已成为研究临床、预防及基础医学的一个重要学科。中科院计划在我国建立一个具有国际水平的时间生物学研究基地,推广时间生物学在我国医学临床的应用。

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