生物钟是什么？

生物钟是什么？

生物钟又称生理钟。它是生物体内的一种无形的“时钟”，实际上是生物体生命活动的内在节律性，它是由生物体内的时间结构序所决定。

　　通过研究生物钟，目前已产生了时辰生物学、时辰药理学和时辰治疗学等新学科。可见，研究生物钟，在医学上有着重要的意义，并对生物学的基础理论研究起着促进作用。　　
生物钟研究
　　人体随时间节律有时、日、周、月、年等不同的周期性节律。例如人体的体温在24小时内并不完全一样，早上4时最低，18时最高，相差l℃多。人体的正常的生理节律发生改变，往往是疾病的先兆或危险信号，矮正节律可以防治某些疾病。

　　许多学者的研究指出，按照人的心理、智力和体力活动的生物节律，来安排一天、一周、一月、一年的作息制度，能提高工作效率和学习成绩，减轻疲劳，预防疾病防止意外事故的发生(所谓智力生物节律，就是人一天中有时记忆力好，有时则差，有一定的规律，如有的人早上5—9时记忆力好，而另一些人则是晚上记忆力好等等)。反之假如突然不按体内的生物钟的节律安排作息，人就会在身体上感到疲劳、在精神上感到不舒适。

　　有趣的生物钟现象

　　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。

　　研究表明人类生物钟一天慢18分

　　人类的生物钟同时钟并不同步。日本科学家近日发表研究论文说，他们发现人类生物钟的周期是24小时18分。而其它动物和植物的这种生物钟与时钟差距更明显，一些动物的生物钟周期是23小时至26小时，而植物是从22到28小时。

　　研究者认为这种现象可以用达尔文的进化论来解释。以鸟儿为例，如果它严格按照时钟作息的话，那么当它每天早上醒来觅食时会发现，树上的虫子已经被先飞入林的鸟儿吃得差不多了。

　　所以严格守时的生物会面临最大的竞争压力，最终趋于灭亡。

　　但是为什么生物钟与时钟的不同步不会累计起来最终打乱我们的生活规律，让我们醒来得一天比一天晚？研究者说，光线会通过影响体内激素水平和体温等不断重新设定生物钟。

　　研究者用计算机做了一个模拟生物钟进化的实验。实验证明，那些对竞争最有利的生物钟周期的确是接近24小时，但又不是特别接近。

　　动物皮肤里藏着生物钟

　　日本神户大学冈村均教授在美国《科学》杂志上发表论文说，哺乳动物的皮肤组织里存在生物钟，而且与脑内的生物钟步调一致。这一发现有可能用于诊断由生物钟紊乱导致的各种病症。

　　这位科学家在对老鼠的实验中发现，老鼠的皮肤粘接组织的成纤维细胞里有大量的生物钟基因存在。他把存在于脑丘下部的生物钟叫做“母钟”，把皮肤等组织细胞里的生物钟称为“子钟”。他还发现，子钟和母钟连动，而且作用机制也相同。据认为，包括人在内的各种哺乳动物的生物钟结构与机制大致相同。

能够在生命体内控制时间、空间发生发展的质和量叫生物钟。 　　生物钟有四点功能：提示时间、提示事件、维持状态和禁止功能。 　　提示时间：是指你在一定的时间必须做某事，到了这个时间，你就自动会想起这件事来，比如你想明天早上6点起床，到时你会自动起来。现实生活中有大部分事物都是时间提示起作用的，比如几点上班、某时会见某人、爱人生日的献花、愚人节、赶某趟车等等。 　　提示事件：是指当你遇到某事时，生物钟可以自动提示另外一个事件的出现。比如有人拜托你将一件东西给甲，当你遇到甲时，生物钟这一功能就会自动起作用，使你马上想到这个托付的东西来。用得最多的是看到某事时，在你的大脑里所依次产生的那些“忆块”（回忆的一种），比如看到熊猫，你就会想到：它是中国的国宝、它喜欢吃竹子、它是中国作为友好象征出使国外的使者等等忆块。再比如当你看到一道难题时，你就会调动很多忆块，在一些规则的组合下，去求解它，这一连串的事情必须启动你过去很多年时间里所学到的知识，这些知识是不会平白无故地出现在你的大脑的，它们必须在生物钟的该功能作用下才可依次出现在你的大脑里。 　　维持状态：是指人们在作某一事时，能够使人一直做下去的力量。比如上8个小时的班，就是生物钟这一功能的结果，又比如人的眼睛观看某一事时，能够聚精会神地看，也是它的结果，当注意力从视觉转向听觉时，也是生物钟作用的结果，那是提示事件功能在起作用，但是，你要听完一堂课，你就必须用生物钟的该功能才能听完，否则你就会瞌睡不已，甚至逃课。这种维持可以是连续的也可以是断续的维持，比如你和你爱人的家庭的维系就是断续的，因为你不能长期呆在家里无所事事，你必须去工作，去交结，去谋取。 　　禁止功能：是指机体某个功能或行为可以被生物钟终止。比如说看到一个恐怖的事件（如地震），你无论在做什么，都有可能产生逃跑，这种逃跑就是对前面所做事物的终止。再比如说你在专心专一上网，结果你老爸打来了，你对上网的终止就是生物钟的功能在起作用。如果没有这种作用，一个人就会出现永不停顿的做事，比如睡觉，如果没有这种终止，这个人就会长期睡下去，成为植物人。植物人发生的原因可能与此功能的失控有关。 　　相对这四点功能，在人的大脑里有对应的四个中枢：时间中枢、空间中枢、功能中枢和终止中枢。 　　生物钟充斥在生物的每个环节，无论人命还是生命过程都离不开它的作用。 　　生物钟的特征 　　生物钟有点象开汽车：人什么时候上车，开车到哪里，踩多久的油门，到达后的一脚刹车。 　　遗传的实质是生物钟上的记块的释放，进化的实质是染色体的变异，退化的实质是染色体功能的关闭。比如人的盲肠和人类的尾巴，都退化了，但是都有痕迹，它们的生物钟的子钟还是存在于那个部位，只是功能没有了，被母钟关闭了；所有器官，只要不用，其功能都会退化，不仅仅是盲肠，退化以后的器官，第一是器官缩小，第二是功能消失。由此看来生物钟具有两面性：器质性和功能性，器质性决定器官的性质，主要是决定器官的大小、形状和细胞数量，功能性决定器官功能的发挥程度、功能的有无、分泌功能物（如各种酶和素）的多少。 　　DNA是指起遗传作用的螺旋体，生物钟是DNA和它周围所附带的蛋白质等物质。 　　DNA分两种：一是“端点”，也就是DNA上分支的交叉连接部位，这个端点控制着基因的发生时间和顺序，试设想一粒种子，放在土里，没有一定的原块（外界条件）的刺激是不会发芽生长的，一旦条件足够，端点就被激活，端点指令DNA依次解码，如果没有这种控制，基因就会各自为战。 　　人的生长发育行为的产生，都是染色体上的基因决定的，什么时候停止生长，什么时候产生性欲，什么时候分娩，什么时候停经等等这一切都是一个人按时按刻来完成的，没有一个不是生物钟的体现，所以DNA就是生物钟，是它决定一个人的一切生理进程。如果DNA所决定的这些按时按刻出现的东西都不属生物钟的范畴，那就没有人体生物钟了。 　　无论是生命过程还是人命过程，都是生物钟在起关键作用。先看看生命过程，当人的胃饿了时，生物钟就会提醒你:“该吃了”，吃到一定程度，它又会提醒你:“可以了”。在这里，生物钟是通过一种胃壁的压力感受器来实现功能的，胃壁压力感受器感到胃内没有东西了（这一数值每个人都应该有个可以测量出来的衡数），就开始分解一种能够使大脑产生“胃痛”的“物质”，这一物质和胃神经结合，胃神经开始产生一种电传导，该传导到达大脑的“胃痛区”，就产生了“胃痛”，反过来，持续胃痛又可分离胃神经上的化学结合物，从而终止胃痛，过一阵，如果还是没有进食，胃就开始下一轮疼痛，这就是所谓的阵痛。