生物钟

生物钟

生物钟学
    （Chronobiology 希腊语：Chronos = 时间；Biology = 生物学）是一门科学，它的任务是研究生物体内与时间有关的周期性现象，或曰这些现象的时间机制。生物节律是凭经验总结得出的，但有其生理学和分子生物学基础。生物钟学与所谓的生理节律无关。

概述 
   生物钟学的研究目的，是生物体内生理和行为的时间机制。在这种机制中，生物体内部的时钟系统所产生的节律是主要的。三大中心问题： 
   1. 生物节律有哪些类型？它们是怎样影响生物的生理过程的？
   2. 节律是内在的吗？如果是，哪里是产生节律的发生器，哪里是起搏点，它们怎么运作？
   3. 哪些是外源性的，周期性的因素，即是所谓的时间服务器，它们又是怎样作用于生物时钟的？
    生物时间机制对所有的生物都很重要，而且在目前所有被研究的生物里科学家都找到了其时间节律现象。生物体内有很多过程虽然彼此相关，但在时间上都是有所区别的。还有一些过程不但受到内在因素制约，还会受到外界因素影响。时间上的区别之一就是各种行为各具其规律性——在一个大范围内观察这种规律性，就可以称之为生物节律。周期的长度由毫秒到年不等。细胞分裂，呼吸，心跳和行为只是其中的一些例子。生物钟学对人的意义在近年来越来越重要，因为我们的生活越来越频繁地逆这种生物钟而行。在医学方面已经确定，服药时间对药效影响甚大。在化疗中，若因就节律给病人服用细胞抑制剂的话，调制药物的浓度就可以比其它给药时间所采用的浓度降低很多。

生物节律的例子 
    在下面的表格中列举了一些人体生理功能的每日周期性变化。体温在晚睡醒来之前就已经开始升高。就是说人体已经为快要到来的活动做准备。就是在黄昏或夜行性的动物，甚至是植物，都存在这种“做准备的”的现象。植物在日出之前就会激活光合作用相关器官，为光合作用做准备，以最长时间的利用光能。很多植物在日间某些时候会展开或合上其花朵。还有一些植物，在一段日子里花朵相继开放，只在特定的钟点合成香料和花蜜。虫媒如蜜蜂就在会恰在此时到访。

生物节律的种类 
    根据周期长度，将生物节律分为四种： 
    ? 超昼夜的（亚日的）节律（Infradian Rhythmus），该词源于拉丁语：“infra”为“底下”，“dies”为“日”，亦即周期比一天长的节律。 例如鸟类的迁徙；季节性的（大概 365.25天长）冬眠；还有与退涨潮相关的半月周期，如在满月、新月出现大潮，而半月时出现小潮（大概 14.25 天），银汉鱼只在涨潮时在岸上产卵；或者太阴日节律的，以28.5为周期（矶沙蚕属）。
    ? 近潮汐节律（Circatidal Rhythmus），跟随12.5小时的潮汐节律。一些海岸线的动物有这种节律，例如水生的蟹类动物涨潮时才会活动，而生长在岸上的蟹则会在退潮时觅食。
    ? 次昼夜（超日）的节律（Ultradian Rhythmus）源于拉丁语的“ultra”（超）和“dies”（天、日），其频率超过日频率，就是说一天出现两次以上（严格来说是整数次，这是与近潮汐节律的区别）。这些短于24小时的节律的例子有蝙蝠的捕食周期、成人90分钟睡眠循环、垂体的间歇性荷尔蒙分泌等。
    ? 近昼夜节律（Circadiane Rhythmus）来自拉丁语“circa”（大约）和“dies”，为接近24小时长的节律，如人类睡眠和苏醒、植物的叶运动等。
    研究得最彻底的是近昼夜节律，当然有历史的原因——近昼夜节律比周年节律更明显，但更重要的是近昼夜节律对人类来说更有现实意义。以下讲解若无特别说明，都是指近昼夜节律。

生物钟学历史 
    在18世纪天文学家Jean Jacques d’Ortous de Mairanvon就描述了含羞草的日间叶运动。通过实验他得知，即使在黑暗中叶子也会呈现这种节律。类似的报道也见于Georg Christoph Lichtenberg，Christoph Wilhelm Hufeland，林奈和达尔文。但直到20世纪人们才开始对该现象作科学研究。在该领域的先驱有:Wilhelm Pfeffer，Erwin Bünning，卡尔?冯?费舍尔，Jürgen Aschoff和Colin Pittendrigh。对生物节律的一个重要的发现是，很多自然节律在持续的同等强度的实验室条件下也能产生，就是说节律也可以“人造”。内部时钟的同步是通过时间变化的媒介完成的，如光和温度。

生物钟的位置 
    首先说明：生物体内并没有日常意义的“时钟”，它不会告诉生物体钟点日期。生物钟在哪里？是怎样的？这些问题都是因物种而异的。因为很多节律与光有关，所以人们可以优先在与光感受器相联系的器官中寻找生物钟的位置。

单细胞生物 
    从20世纪40年代就已经知道，单细胞生物也有自己的生物钟。所以从中可得知，生物钟的运行并不一定需要一个网络作为硬件。 藻类如眼虫属或衣滴虫有趋旋光性昼夜节律。草履虫有昼夜生理过程。海生的腰鞭毛虫， 如多边膝沟藻，也有自己的昼夜节律。它在日出前一个小时就会浮到水面，形成厚厚的一片，进行光合作用。在有利条件下它们会形成红潮。在日落之前它们则会重新潜到海中。晚间它们借助荧光素酶发出生物光，人们推测这是可以驱赶天敌挠足亚纲的。 这些节律也可以在实验室里通过施加持续的影响而发生。同时原核生物 (细菌，和蓝藻)也有昼夜节律。