蘇一橫

晚上吃太好可能會得糖尿病，深夜加班可能會致癌，心臟病常常在凌晨發(fā)作，人類歷史上最嚴重的工業(yè)事故大都發(fā)生在凌晨……這一切都是生物鐘在搗鬼。因此，諾貝爾生理學獎給我們的健康啟示就是—

一年一度的諾貝爾生理學獎又頒布了，美國科學家杰弗里·霍爾、邁克爾·羅斯巴什和邁克爾·揚因為發(fā)現(xiàn)了“控制晝夜節(jié)律的分子機制”而獲獎。如果你不明白這是什么意思，那么可以通俗的說，這三位科學家其實是研究“時鐘”的，只不過他們所研究的并不是那些可以買得到、戴在手上或者掛在墻上的時鐘，而是在我們體內(nèi)滴答作響的生物鐘。

“時鐘”怎樣滴答走動？

生物鐘是一種奇妙的生理機能。動物的晝伏夜出、植物的春華秋實是早已被我們熟知的生物鐘現(xiàn)象，而跨時區(qū)旅行的疲倦以及值夜班時的困意則是生物鐘帶給我們的最直接的感受。雖然生物鐘現(xiàn)象很常見，但很長時間里，科學家并不明白藏在體內(nèi)的這個小小的時鐘，它究竟在哪，又是怎樣滴答走動的。

為了尋找這個時鐘，科學家曾經(jīng)在動物實驗中剝離過動物的腎上腺、腦垂體、甲狀腺、胰腺，或者施以電休克，甚至還用酒灌醉了這些動物。手段用盡，動物的生物節(jié)律仍未改變。直到20世紀70年代，科學家切除了位于老鼠下丘腦的視交叉上核，發(fā)現(xiàn)老鼠的生物節(jié)律終于消失?？茖W家這時才明白，人以及其他哺乳動物的主生物鐘就是視交叉上核。以人為例，日?；顒又?，雖然人體的內(nèi)臟、皮膚無法感光，但視交叉上核可以通過眼睛感受到外界光線的強弱，以此產(chǎn)生“時鐘定時”進而調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律。

隨后，科學家進一步發(fā)現(xiàn)，生物鐘現(xiàn)象其實并不一定需要腦的參與，它是一種可以僅在單個細胞內(nèi)就完成的生物節(jié)律現(xiàn)象。比如，地球上最簡單的原核生物藍藻也有自己的生物鐘。藍藻通過光合作用從陽光中獲取能量，并利用二氧化碳和水生產(chǎn)有機分子和氧氣。在生物鐘的作用下，藍藻在日出之前即可提前開啟光合作用，這一特性令其能在日光一出現(xiàn)的時候就可攝取能量，比那些純粹依靠光線啟動光合作用的生物搶先了一步。日落之后，藍藻的光合作用亦會遵循生物鐘的指令而關閉，這避免了自身能量在夜間被白白浪費，節(jié)約下來的能量可轉(zhuǎn)而用于修復白天被日光曬傷的DNA。

盡管人與藍藻調(diào)控自身生物鐘的機制有很大的不同，但我們的晝夜節(jié)律與藍藻卻有一些相似之處。這表明生物鐘現(xiàn)象是地球生命在進化過程中形成的非常重要的基本生存技能，它必然受到生物遺傳物質(zhì)的調(diào)控。于是，科學家又開始從遺傳學尋找生物鐘的線索。迄今為止，從細菌到果蠅，再到人類自身，科學家已在大量物種中發(fā)現(xiàn)了生物鐘基因，其中不少基因的命名都使用了“Clock”（意為時鐘）、“Per”（Period的簡寫，意為周期）和“Tim”（Timeless的簡寫，意為永恒）等字眼。

三位諾貝爾獎得主就從果蠅的角度，為我們解釋基因如何為生物建立起了一套時鐘系統(tǒng)。20世紀80年代，杰弗里·霍爾、邁克爾·羅斯巴什和邁克爾·揚在果蠅體內(nèi)找到了兩種蛋白質(zhì)，名為Per和Tim，而Per基因和Tim基因則分別是編碼Per、Tim這兩種蛋白的基因，后者還對光線敏感。夜晚的時候，Per基因會編碼Per蛋白，使Per蛋白的含量升高。當Per蛋白在細胞內(nèi)越聚越多時，它會和Tim蛋白發(fā)生合體反應，然后抑制Per基因的編碼活動。在白天，Per蛋白被細胞降解，含量會越來越少，這時它和Tim蛋白對Per基因的抑制作用就會減弱，于是Per蛋白含量到了夜晚又會重新恢復。這樣，Per蛋白水平的振蕩周期恰好就是24小時，與晝夜節(jié)律同步。我們?nèi)祟愃鶎俚牟溉閯游镫m然更復雜些，但細胞內(nèi)生物鐘運行的機制也與果蠅相似。兩種分別叫做Clock和Bmal1的蛋白質(zhì)相互作用，建立了人體細胞的周期性節(jié)律。由此可見，僅僅依靠基因與蛋白質(zhì)這樣的分子材料，大自然竟然搭建出了一套準確的時鐘。正是三位美國科學家為我們揭示了這一套秘密，所以他們獲得諾貝爾獎是當之無愧的。

體內(nèi)生物鐘像一支樂隊

科學家已經(jīng)告訴我們，人腦中的視交叉上核存在一個主生物鐘，控制著人體的晝夜節(jié)律，而諾貝爾獎得主又告訴我們，人體內(nèi)的單個細胞僅用基因和蛋白質(zhì)就可以組裝出一個最基本的生物鐘。這說明，人體內(nèi)部的生物鐘不止一個，而是有一群。

如果把這一群生物鐘比作一個樂隊，那么視交叉上核的主生物鐘就是樂隊的“總指揮”，而身體各部分的生物鐘是演奏不同樂器的“隊員”。這些“隊員”位于肝臟、腎臟、脾臟、胰臟、心臟、胃、食道、肌肉、皮膚，甚至很小的細胞組織中，具體控制著每個器官和組織的活動。比如，肝臟里的生物鐘調(diào)控著肝臟中糖分子的生產(chǎn)以及糖分子釋放入血的時間；鈉、鉀以及氯化物的保留與釋放取決于腎臟生物鐘的命令；在黎明前，心臟的生物鐘基因就會給心臟發(fā)出信號，提醒它為身體的蘇醒做好準備，所以心臟病常常在拂曉發(fā)作……

眾位“隊員”所處的“環(huán)境”不同，調(diào)控器官周期性節(jié)律的方式也不完全一樣，但都要通過“總指揮”來協(xié)調(diào)一致，才能使人體機能順利發(fā)揮。科學家就做過實驗，如果把動物的各個器官中的細胞組織放在體外培養(yǎng)，那么細胞組織即使存活也無法表現(xiàn)出生物鐘現(xiàn)象，然而，這些細胞組織中單個細胞的基本生物鐘（基因、蛋白質(zhì)含量的周期性振蕩）還在，只不過每一個細胞的生物鐘周期都不同，所以無法形成一個能夠表現(xiàn)生物節(jié)律的整體。隨后，科學家在培養(yǎng)環(huán)境中放入視交叉上核細胞，那么這些細胞組織又會出現(xiàn)生物鐘現(xiàn)象，這說明視交叉上核能夠使全身各個器官里的生物鐘相互協(xié)調(diào)。老鼠實驗也證實了這一點，在視交叉上核已經(jīng)損壞了的老鼠體內(nèi)，不同器官之間的生物鐘節(jié)律逐漸變得雜亂無章，但如果把視交叉上核再植回去，老鼠又可以讓一些器官的生物鐘周期變得同步。

那么在人體內(nèi)，“總指揮”又如何聯(lián)系身體各處的“隊員”，讓彼此能夠做到協(xié)調(diào)一致呢？科學家認為，有兩條途徑。首先，視交叉上核是人腦的一部分，這里充滿了神經(jīng)細胞，它們可以通過與全身各處相聯(lián)系的神經(jīng)纖維向全身傳達時間信息。其次，視交叉上核也可以先把時間信息傳到人腦中的另一個叫作松果體的部位。松果體根據(jù)視交叉上核的節(jié)律，周期性地分泌一種叫作褪黑激素的物質(zhì)。這種激素進入血液，再循環(huán)到全身，就像一個“報時員”，向各個器官甚至各個細胞報告現(xiàn)在是什么時間。不過，在我們的身體里面?zhèn)鬟f的時間信息，也只有我們的身體能夠讀懂。這些時間信息不能夠進入我們的意識，我們也無法從生物鐘的周期知道一天之內(nèi)的時間。比如我們在黑暗中醒過來，如果不看表，是無法知道當時是白天還是黑夜的，想知道是具體幾點就更不可能了。

不要撥亂“時鐘”

生物鐘是無形的“時鐘”，它告訴身體應該如何度過每一天的每一個小時。不過，既然人體不止擁有一個生物鐘，那么我們最好能夠全面維護好這些“時鐘”，不要顧此失彼。

日常生活中，我們首先需要維護的就是主生物鐘。它是身體所有器官組織定位時間的標準，主要受到晝夜光線的影響。如果主生物鐘被撥亂，那么人體整套生理節(jié)律會發(fā)生紊亂，產(chǎn)生麻煩。比如，科學家就曾注意到，美國三里島核電廠事故發(fā)生在凌晨4點，蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故發(fā)生在凌晨1點23分，印度博帕爾毒氣泄漏事故發(fā)生在午夜……人類歷史上最嚴重的工業(yè)事故大都發(fā)生在凌晨，這絕非偶然。原因就在于夜班的燈光撥亂了人體的主生物鐘，這正是大腦本應休息的時間，所以值班人員有較大概率出現(xiàn)工作失誤。此外，科學家還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常值夜班的人更加容易患上抑郁癥、肥胖病、糖尿病甚至癌癥。原因也在于，燈光抑制了褪黑激素的分泌，該激素水平過低時會增加腫瘤突發(fā)的風險，同時，身體免疫系統(tǒng)和各個器官的正常節(jié)律也被干擾，導致人體的免疫力和代謝能力下降。所以，2010年，世界衛(wèi)生組織將“深夜加班”列為致癌因素，以作警示。

想要保持良好的主生物鐘，盡量不熬夜并且作息規(guī)律就可以了。但如果要長久保持健康，我們還要“遷就”一下各個器官組織中的小生物鐘。也就是說，我們最好合理地安排日常活動，讓身體的器官和組織在各自小生物鐘的“黃金時段”發(fā)揮作用。

科學家給出了一些建議，我們可以參考一下。比如，凌晨4點是所有器官的生物鐘周期的最低點，應該休息；上午7點到9點期間，是血壓比較高的時候，這時候應避免劇烈運動，以防出現(xiàn)血管疾病；上午10點到12點期間，身體能量供給充足，大腦反應最快，這是學生和上班族效率最高的時段，不要錯過；而晚上8點以后，各器官的生物鐘又開始進入“倦怠期”，整體代謝能力大不如白天，此時喝酒，容易醉酒，此時吃得過于豐盛，就會增加患糖尿病的風險……類似的建議還有許多，但每個人的生物鐘難免略有差異，生活條件以及職業(yè)、習慣也不可能完全一樣，所以這些建議權(quán)作參考罷了。遵循生物鐘的變化規(guī)律，就能事半功倍，獲得健康；利用身體對抗自然規(guī)律，率性而為，則會付出代價—這才是科學研究帶給我們的最重要的啟示。endprint