·无限杂思·你的生物钟属于谁

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。时间生物学这个说法是科学术语,普通人更明白的概念是生物钟。人有生物钟,白天要起来活动夜晚就想睡觉,跨国旅行经常要调时差。诺奖授予的成果是揭开生物钟背后的分子机制。

三位获奖者分别是来自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。三位科学家发现了三种节律基因,鉴别出节律基因激活所需的蛋白质,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,应首推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,使其成为时间生物学的发源地。

生物的时间节律被注意到,无论东西方都是古已有之。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”等等现象或描述,并不新鲜。1647年,一个意大利人设计制造一个大台秤,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,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·梅朗发现含羞草的叶片即使在隔绝日光的情况下,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还设计过“花钟”。人体的血压、体温等节律现象早被观察到。但这些都未能揭示节律何以形成。直至20世纪50年代以后,现代时间生物学才真正形成,在20世纪70年代以后才迎来分子水平的突破。

今年的诺贝尔生物和医学奖项成果,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于以日为周期(20小时至28小时之间)的节律的研究。这是生物体身上最强的节律,包括人在内,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。另外,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,女性排卵是近月周期。

这些周期不等的节律表明“生物钟”的丰富性。而且一种生物也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日的节律起作用。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。

人人有一只生物钟,但“生物钟”是外源性的还是内生的?传统上“天人感应”或“天人合一”都是讲生物节律受制于环境,是环境造成了周期,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,也表明生物钟与环境钟之间的关系。但分子水平的生物钟机理研究,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。这就是说,生物钟与环境钟如果说有关系,可能也要从生命起源和生物进化的遗存意义上来看,但现存生物的绝大多数生理节律,要从机体中自身具有“测时功能”的节律控制来寻找答案。

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,从实验角度支持“内源生物钟”的认识。有了这样的认识,人们才会去到生物体内去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”,解释为什么生物机体会产生节律,哪些基因参与节律形成,基因起作用的原理是什么,这个节律的时间到底有多长。现在,科学家已经弄清楚动物和人体的24小时的分子基础,“24小时制”怎样在机体内发挥作用,为什么会这样发生作用,但是,为什么这个节律是24小时,而不是36小时或者45小时,还未得到答案。

于是,有一种解释说,“也许,这是一个不证自明的公理,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,所以就跟地球有同样的节奏,植物用24小时节律有利于晒太阳,人和动物则有利于工作和休息。这样,问题又回到了“环境决定”,只是这里讲的是“总体环境”,而非某个具体地点的光照、噪声等具体环境。

因为诺奖,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,科学的巨大训喻作用和时尚化作用很明显。但扰乱生物钟可以说已是现代生活态度乃至现代生活制度,也是不言而喻的,工作有夜班费作补偿,个人的宿醉狂欢甚至掏钱还乐此不疲。不过,哪怕你的生物钟已调校至“习惯于昼伏夜出”,你已成为了一个“现代人”,地球是你逃不出的手掌,你现代的身体与古人的身体所处的处境一致。地球是否规定了人必须夜晚睡觉,这是比基因更加根本的规定,这就是天条。

(刘洪波 湖北仙桃人。长江日报评论员,高级记者。)

(作者:刘洪波)

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