生物鐘有奧秘：人的生物鐘竟然不是24小時(shí)？

導(dǎo)讀

生物鐘是一架設(shè)在生物體內(nèi)的“鐘”，它可以幫助我們更好地適應(yīng)晝夜節(jié)律改變。

圍繞著生物鐘有許多有趣的自然現(xiàn)象，如植物定時(shí)開花、蜜蜂采集花蜜，我們?nèi)梭w的諸多生理活動(dòng)也受生物鐘調(diào)控，包括疾病發(fā)生，用藥等，生物鐘一旦紊亂，就會(huì)造成身體的各種不適以及疾病的發(fā)生。

本文為采訪蘇州大學(xué)特聘教授徐瓔，為我們揭示了諸多生物鐘的奧秘，諸如人的生物鐘不是24小時(shí)，而是近24小時(shí)；用藥時(shí)間也與生物鐘有關(guān)，如果時(shí)機(jī)不當(dāng)效果會(huì)大打折扣。

徐瓔（蘇州大學(xué)特聘教授）｜撰文

深究科學(xué)｜訪談

01

什么是生物鐘？

生物鐘顧名思義，是一架設(shè)在生物體內(nèi)的“鐘”。它是由于地球的晝夜自轉(zhuǎn)，導(dǎo)致生活在地球上的幾乎所有生物，為了適應(yīng)晝夜的節(jié)律改變，而演化出來的一個(gè)生物計(jì)時(shí)器，用來預(yù)知環(huán)境的改變，從而更好地適應(yīng)環(huán)境。

所有的生物，包括植物、動(dòng)物都有生物鐘。它讓植物可以在最合適的時(shí)候進(jìn)行光合作用，也讓動(dòng)物能夠在合適的時(shí)候，覓食、遷徙和繁殖等，所以它其實(shí)不僅是一個(gè)適應(yīng)環(huán)境的計(jì)時(shí)器。同時(shí)也是我們不可或缺的一個(gè)生物系統(tǒng)。

02

與生物鐘相關(guān)的有趣現(xiàn)象有哪些？

其實(shí)生物鐘就是被一種有趣的現(xiàn)象吸引，才讓科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了生物鐘。包括最初發(fā)現(xiàn)含羞草，它的這種晝夜律動(dòng)，吸引了de Mairan（法國天文學(xué)家）這個(gè)科學(xué)家，他提出了這樣的一個(gè)科學(xué)問題，就是晝夜的律動(dòng)，是一種內(nèi)在的機(jī)制驅(qū)動(dòng)？還是受環(huán)境的改變？他為了回答這個(gè)問題，就把含羞草關(guān)在一個(gè)密閉的空間里，不受環(huán)境晝夜節(jié)律的牽引，然后他發(fā)現(xiàn)含羞草在沒有任何的環(huán)境因素影響下，依然能夠晝夜地律動(dòng)，所以他認(rèn)為這樣的一種律動(dòng)是一種內(nèi)在的機(jī)制。

這開啟了對生物鐘的研究，其實(shí)從含羞草的生物鐘發(fā)現(xiàn)以后，后面就有了非常著名的林奈。他制備的那個(gè)花鐘，是根據(jù)花在不同的時(shí)間開花鑄成的。在日內(nèi)瓦有一個(gè)花鐘公園，包括從早晨蒲公英的開花，還有牽?；ê鸵箒硐愕拈_花等，他按照不同的開花時(shí)間做成一個(gè)花鐘，這是在植物里面。

然后在動(dòng)物里面，蜜蜂的生物鐘也非常有趣，它總是在花芯和花蕊最飽滿的時(shí)候定點(diǎn)的去采蜜，來保證它能夠采到足夠的蜜來繁殖后代。

在我們哺乳動(dòng)物里面，也是經(jīng)過很長時(shí)間發(fā)現(xiàn)，確實(shí)是有這樣的鐘，包括生物節(jié)律研究的先驅(qū)者們，他們把自己關(guān)在洞穴、廢棄的煤礦里面，來研究自己到底有沒有這種生物鐘，然后他們在完全跟環(huán)境隔離的情況下，記錄他們的飲食，記錄他們的活動(dòng)，以及他們的體溫，發(fā)現(xiàn)在他們體內(nèi)也有一個(gè)生物鐘，所以這些都是驅(qū)動(dòng)我們?nèi)パ芯可镧姷囊恍┕适隆?/p>

03

人的生物鐘為何不是24小時(shí)？

它說的就是一種內(nèi)在的節(jié)律，生物鐘內(nèi)在的節(jié)律，是印記在我們基因組里的一種系統(tǒng)，它不受任何環(huán)境的信息影響，就算你沒有表，沒有信息，基本上到點(diǎn)就會(huì)餓了，到點(diǎn)就會(huì)想去吃飯等這種節(jié)律。

在人體或者所有的動(dòng)物里面，它的節(jié)律，并不是準(zhǔn)確的24小時(shí)。我認(rèn)為這是一個(gè)非常巧妙的設(shè)計(jì)。雖然天文鐘是24小時(shí)，但是我們的機(jī)體不是準(zhǔn)確的24小時(shí)，所以我們每天都在調(diào)時(shí)差，就是要把差補(bǔ)到24小時(shí)，所以我們所有的生命就有了去調(diào)我們生物鐘的能力，這個(gè)能力，就能夠讓我們?nèi)ヂ眯校フ{(diào)時(shí)差的時(shí)候運(yùn)用這樣的一種規(guī)律。

一般夜行動(dòng)物，它的周期會(huì)比較短，短于24小時(shí)，然后白晝動(dòng)物，像我們?nèi)艘话阍诖笥?4.5小時(shí)，有的是25小時(shí)。

我們?nèi)梭w生理所有的節(jié)律，其實(shí)并不一定完全是同步化。每天體溫的節(jié)律有的時(shí)候是25點(diǎn)幾小時(shí)，然后心率可能又是23點(diǎn)幾小時(shí)，它并不是完全同步在一起，這個(gè)也是要注意的，并不是所有的生理活動(dòng)都是一樣的節(jié)律。

大腦有一種視交叉上核（SCN），我們說它的起搏器，可以通過環(huán)境的光線，來同步化我們機(jī)體所有的周圍組織，適應(yīng)到這樣的24小時(shí)節(jié)律里面去。

04

生物鐘的分子調(diào)控機(jī)制？

生物鐘的調(diào)控是從多個(gè)層面進(jìn)行的，我們說基因組成就是DNA里面，它有一個(gè)分子反饋環(huán)，這個(gè)分子反饋環(huán)構(gòu)成了近24小時(shí)的節(jié)律，那么這樣一個(gè)分子反饋環(huán)基本上存在于機(jī)體所有的細(xì)胞內(nèi)，然后一群細(xì)胞就構(gòu)成了各種不同的組織，每個(gè)組織它有一個(gè)自主的周圍組織節(jié)律，但這些節(jié)律其實(shí)不能直接跟外界連起來，比如我們哺乳動(dòng)物。我們通過一個(gè)SCN ，叫視交叉神經(jīng)上核，在我們哺乳動(dòng)物當(dāng)中，它叫做Pacemaker（起搏器），是一個(gè)中樞生物鐘，它每天接受光線的輸入，在SCN里進(jìn)行一個(gè)偶聯(lián)，然后輸出來同步化所有的周圍組織，包括我們的腎臟、肝臟、肺活動(dòng)等。那么在它的統(tǒng)領(lǐng)下，所有的活動(dòng)跟環(huán)境能夠進(jìn)行合拍，關(guān)于SCN是非?？隙ǖ?，它是維持我們生物節(jié)律一個(gè)充分必要的核團(tuán)。

通過前人多次的實(shí)驗(yàn)，證明它是充分必要的，來維持同步化生物鐘的一個(gè)核團(tuán)。它通過幾種非常經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，通過損毀這個(gè)核團(tuán)，然后再移植這個(gè)核團(tuán)，包括移植長周期、短周期的核團(tuán)，使得受體的宿主，呈現(xiàn)了短周期或者長周期，所以SCN是一個(gè)非常關(guān)鍵的Pacemaker（起搏器），就是我們說的中樞。

05

影響人的生物鐘的因素有哪些？

其實(shí)影響生物鐘的因素還是很多的，因?yàn)榈厍虻臅円棺赞D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，所以光線是我們影響最大的。

生物鐘在不同的季節(jié)對生物鐘影響也很大，因?yàn)樗娜臻L日短不一樣。所以季節(jié)的變換對我們的生物鐘影響很大，這是從光線的角度。

溫度其實(shí)也會(huì)對生物鐘有影響。

同時(shí)我們每天飲食的時(shí)間，對于我們生物鐘影響也很大。如果我們飲食日夜顛倒，生物鐘驅(qū)動(dòng)的這些基因，就會(huì)和飲食驅(qū)動(dòng)的基因不吻合，導(dǎo)致生物鐘的紊亂，所以飲食的時(shí)間，對于我們生物節(jié)律也是一個(gè)非常重要的方面。一方面我們可以利用飲食的時(shí)間，在生物鐘紊亂時(shí)，來幫助我們增強(qiáng)生活節(jié)律。

你看在飛機(jī)上跨時(shí)區(qū)旅行的用餐條件，其實(shí)他們就是希望能夠幫助我們到目的地，能夠更快地適應(yīng)目的地的生物鐘，因?yàn)樗麄兊娘嬍称鋵?shí)是非常有規(guī)律的，來幫你調(diào)生物鐘。在航空領(lǐng)域已經(jīng)運(yùn)用了生物鐘的規(guī)律。

其實(shí)我們現(xiàn)在國內(nèi)，也是想用一些叫做TRF ，就是時(shí)間限制性飲食，來增強(qiáng)你的生物節(jié)律的魯棒性，我們就能夠有一個(gè)更健康的節(jié)律。

06

疾病、用藥也與生物鐘的關(guān)聯(lián)？

其實(shí)現(xiàn)在生物鐘影響的廣泛性，越來越被醫(yī)學(xué)界認(rèn)可。因?yàn)樵谖覀兩镧娭校覀儎倓傉f的這種齒輪一樣target（靶向）到的這些基因，很多都是一個(gè)時(shí)鐘，有節(jié)律性的，所以如果這些藥物target到了這個(gè)靶點(diǎn)的話，那么在什么時(shí)間用藥就非常重要，你在高峰和低谷用藥的有效性不一樣。所以在藥物上來看，我們特別希望能在藥物的說明書上，告知我們藥在什么合適的時(shí)間給更有效。

在醫(yī)院里面，很多研究者也做了一些報(bào)告，手術(shù)也是會(huì)隨著這個(gè)不同的時(shí)間影響手術(shù)的效果，包括心梗的這些實(shí)驗(yàn)，這個(gè)研究發(fā)在《柳葉刀》上，就是同樣的手術(shù)，下午的手術(shù)和上午的手術(shù)相比，它的并發(fā)癥率就會(huì)低很多。

另外像打疫苗，在早晨打疫苗，它的抗體滴度就會(huì)升高。這些實(shí)際上都是在利用生物鐘，在最佳的時(shí)間做最佳的事情，在醫(yī)學(xué)上這是好的。另外還有一個(gè)不好的方面，因?yàn)樯镧娺@樣的周期波動(dòng)變化，導(dǎo)致很多疾病的發(fā)生也有時(shí)間依賴的改變，比如說人在夜晚容易哮喘，很多心血管疾病會(huì)在凌晨到上午之間高發(fā)，包括很多生產(chǎn)可能也是在午夜生產(chǎn)的頻率為高，很多的事故的發(fā)生也在凌晨，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候的警覺性會(huì)比較低，這些就是由于生物鐘高和低的表達(dá)，帶來的一些效果。

我覺得需要，包括我自己吃高血壓藥都不知道什么時(shí)間吃更好。因?yàn)楦哐獕菏且惶?4小時(shí)，隨便什么時(shí)候都可以吃，我也特別渴望知道，到底我這個(gè)藥應(yīng)該早晨吃好，還是晚上吃好，我其實(shí)多次向這種藥廠去提議，哪怕說明書上給我一個(gè)信息，特別是對這種慢性藥，我覺得長期服用的更重要。

現(xiàn)在很多腫瘤治療，也在推廣時(shí)間用藥，我覺得這個(gè)非常重要。因?yàn)閏ell cycle（細(xì)胞周期）雖然它有它自己分裂的周期，但是它的這個(gè)cell cycle的各個(gè)階段的門控，也是受生物鐘影響的。在我們生物鐘研究者來看，很多的化療藥，你在什么合適的時(shí)間給予化療藥是很有講究的。

所以我覺得生物鐘，作為醫(yī)學(xué)的一個(gè)“第四面”，這樣被提出來，還是非常重要的，就是要引起全社會(huì)重視，包括我們醫(yī)院。目前醫(yī)院的用藥，還是按照醫(yī)生的工作節(jié)奏在進(jìn)行，很少考慮生物節(jié)律的這些因素。

本文為科普中國·創(chuàng)作培育計(jì)劃扶持作品

團(tuán)隊(duì)/作者：深究科學(xué)

審核：彭志平 中國睡眠研究會(huì)科普部主任

出品：中國科協(xié)科普部

監(jiān)制：中國科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

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