http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-01-19
一直以来，不少科学家们都在孜孜不倦地对生物钟进行研究：为何有人连续十多个小时不睡觉也能精神奕奕？为何有人总是无法早起？为何不睡觉会让身体机能紊乱？
最近，有国外研究者发现，凭借人体内的基因就能解释为什么有些人容易早起，以及能预测他们的死亡时间是上午还是下午。研究人员认为这个发现或许能对工作轮班和学校班级的编排有所帮助，甚至能影响药物干预的时间。真的有这么玄妙吗？基因与生物钟有什么关联？人体的生物钟有哪些奥妙？
文：记者 黄岚
特定基因决定生物钟早起或晚起，与基因有关
国外研究者发现，人类之所以会出现早起者或晚起者，与特定的基因有直接联系。由多伦多大学神经病研究学家Andrew Lim带领的研究小组刊登在《精神病年报》的文章表示，这一消息令人振奋，因为这表明了基因直接调节着人类生物节律与睡眠。位于美国波士顿的以色列医疗中心的专家认为，生物节律与睡眠并不单单跟个人选择与社会因素有关，很大程度上是由基因决定和控制的。
研究者从疾病研究报告收集回来的一组数据则显示，人类的死亡时间也可能与基因有关。早起者通常会在上午或者中午死亡，而晚起者则通常在傍晚死亡。按照这个理论，如果知道了一个人最有可能死去的时间，就能阻止死亡的发生。例如，如果一个心脏病病人有可能在上午去世，那么，在上午进行药物干预就有可能避免死亡。
“ABCC9”基因变异令睡眠需求减少
德国慕尼黑的一个合作研究组织发现，“ABCC9”是一个影响心脏病及糖尿病的基因，同样会影响人类的睡眠时间。由德国慕尼克生物学家Till Roenneberg和Karla Allebrandt带领的国际研究团队，鉴定出一个对睡眠时间有重要影响的遗传性变异基因。这种基因变异是在一项叫做“全基因关联”的研究中发现的。在这个实验中，研究者将全身变异的基因组都扫描一遍，然后找出跟人类睡眠模式有关的基因。研究者发现，当人们携带了这种变异体后，需要的睡眠时间就很少了。Roenneberg教授称，这个基因也会影响果蝇的睡眠时间，这一发现非常令人振奋，因为这一研究提示，这个基因可能以相似的机制控制着不同生物的睡眠时间。
“DEC2”基因变体能改变作息规律
加利福尼亚大学的研究者发现，“DEC2”基因的变异可以在很大程度上改变人们所需的睡眠时间，但“DEC2”基因的变异非常罕见，并且这种变异只是影响了睡眠不同阶段中的一小部分。
“如果我吃了与DEC2基因有相似作用的药物后，可能会很安全。因为携带这种变体的人群都非常健康。”研究者说。他们认为，在研制与DEC2基因相似的药物前，需要进一步验证可能影响睡眠的潜在因素。
生物钟“操纵”体温血压还能导航
中山大学生命科学院从事生物昼夜节律研究的郭金虎教授告诉本报记者，生物钟除了可以调节睡眠以外，还调节着人体很多其他生理和行为，生物钟所能“操纵”的，远远比我们想象中的要多。在单细胞的蓝藻当中，生物钟调控其基因组所有基因的表达，也就是说蓝藻所有基因的表达都呈现出24小时的变化规律。在人类当中，生物钟大概调节基因组约10%的基因表达。生物钟通过调节这些基因的表达，可以进一步调节生物的生理和行为的节律，包括睡眠、体温、血压、心率、激素分泌、代谢、肌力、学习能力、操作能力、警觉度等。
“生物钟是生物体内具有自我调节功能的一种生理系统，可以从分子水平上产生近24小时的节律，并调控生物生理和行为的节律，以适应外界环境光线和温度的昼夜周期性变化。除了上面所说的生理和行为外，实际上连人的体温也受到生物钟的调节。人是恒温动物，但人体体温每天都在变，尽管变化幅度不大，每天大概在1℃左右。人在凌晨的时候体温最低，下午三四点体温最高，呈现出昼夜节律性变化方式。”郭教授介绍，“生物钟与人类健康有密切的关系，一旦发生异常，会导致睡眠障碍、心理和情感性疾病、代谢性疾病、免疫系统疾病的发生以及肿瘤发生风险的增加。”
生物钟还具有其他功能。在美洲，每年成千上万的帝王蝶要从美国和加拿大边境向南迁飞约3000英里，到达中美洲墨西哥的一个山区过冬。令人称奇的是，生物钟在蝴蝶迁飞的过程中发挥着指南针的作用，帮助蝴蝶定向，不至于迷失方向。
经常倒班影响健康和寿命
“通常来讲，睡眠受到生物钟的调节，但这种调节有时并不完全同步。这点其实容易理解。假设你从美国回来，你体内的生物钟‘告诉’你现在是晚上，应该睡觉了。但此时中国的时间却是白天，难以入眠。”郭教授说。
有人认为自己“倒时差”的能力很强，周游列国无需调整作息也能神采奕奕。但这并不能说明自己调节体内生物钟的能力比其他人强，而有可能是因为情绪亢奋才觉得自己“精神”状态好。通常来说，要了解体内生物钟的情况，应该检测一些基础的指标，如生物钟基因表达、体温、激素等指标的变化情况，才能真正反映内在生物钟的运行情况。仅仅从睡眠或者行为来判断生物钟有时并不准确。比如我们可以撑住一两天不睡觉，但这不代表体内的生物钟停止了运转。实际上生物钟是很“顽固”的，它仍然按自己的节律在运转。如果经常倒时差或者长期从事倒班的工作，生物钟与人的生理和行为就会经常处于非同步化的状态，会损害人的健康，甚至影响寿命。
破坏生物节律 会导致生态危机
郭教授说：“同一个物种不同个体的生物钟相差很小。对人类而言，不管你属于‘猫头鹰型’还是‘百灵鸟型’，生物钟的‘相位’有一些差别，但不是很大。所谓相位，可以这么理解：两个人的生物钟存在差异，其中一个人的生活规律比另一个人要早一个小时，那么他的‘相位’就比另一个人提前一个小时。不管是‘猫头鹰型’还是‘百灵鸟型’的人都是在凌晨时工作效率最差。像切尔诺贝利核电站爆炸、泰坦尼克号游轮沉没等很多大的灾难性事故都是发生在夜间，这与人在夜间的警惕性和操作灵敏度处于低谷应该具有联系。统计数据表明，交通事故发生率最高的时间段是在凌晨四点左右。”
生物钟对于生物的生存非常重要。由于生物钟的“相位”不一样，同一个地方不同动物的活动规律也不同，有的在白天活动，有的在夜晚活动。比如人类家中的老鼠是晚上出来活动，白天藏起来；野地里的田鼠却是白天活动，晚上藏起来。这是生物演化的结果。如果这种规律受到破坏，可能会给动物带来生存危机。郭教授还举例说，金黄色仓鼠由于视力不好，所以夜伏昼出，夜晚休息，白天出来活动，这样可以避开夜晚捕食的天敌。如果把仓鼠脑中一块负责产生生物节律的组织部分切除，再将仓鼠放归自然，这些仓鼠的行为就乱了套，白天夜晚都会出来活动，自然很快就被天敌吃掉了。
曾经有人提出要发射可以反射太阳光的设备到太空当中，在夜晚照亮地球，类似第二个月亮。所幸的是到目前为止还没有人真的做这件事，否则，光照变化可能会对地球上众多生物的生物钟造成干扰，甚至可能会为生态系统带来灾难性的后果。
“基因决定死亡时间”的说法不严谨
郭教授认为，生物钟基因与睡眠之间的联系是肯定存在的，但某些新闻报道声称基因决定死亡时间就有明显夸大之嫌。“决定”这个词应当慎用，说两者之间具有共同的趋势可能更为客观。因为单从统计上来看，我们只能判断这两个方面存在较为一致的趋势，而无法判断谁决定谁。
“打个比方，澳大利亚某年夏季冰淇淋销量大增，同时这个夏季当中鲨鱼吃人事件也显著增加，你能说是鲨鱼‘控制’冰淇淋吗？显然不能。而实际的情况可能是：冰淇淋销量高说明那年去澳大利亚海滩的人数比往年增多，如果1万个人当中会有1人不幸遇到鲨鱼，那么按几率来算的话10万人当中就可能有10个人遇到鲨鱼，这样让人看起来似乎就是鲨鱼伤人事件和冰激凌销量同时增加了。虽然这两者存在相同的趋势，可能存在联系，但不能武断地说它们之间存在控制与被控制的关系。再回过头来看一些有关基因、睡眠和死亡的研究工作，它只是从统计学角度进行分析，并没有深入研究其中的机理。但媒体在报道这些研究工作时却明显夸大，说成‘基因决定死亡时间’，这样做非常不严谨，容易误导读者。”他说。
登陆火星还需过生物钟这关
在外太空环境里，由于光暗周期、重力等环境因素与地球上的情况存在天壤之别，宇航员的生物钟会受到影响，这会使宇航员面临睡眠障碍、操作能力下降等问题，因此航天医学越来越关注宇航员生物钟的研究。
“登陆火星一直是人类的梦想。火星的自转周期是24.65小时，与地球的自转周期只相差半小时，那么我们的生物钟是否可以很容易适应火星上的生活呢？据最近的一项研究报道，即使是这短短的半小时差异，人类也很难适应。火星上的重力小于地球表面的重力，而重力对于生物钟也具有影响。此外，火星上的光照情况与地球上也迥然不同，火星离太阳远，沙尘多，光线弱，并且光的波谱偏红光。日周期、重力以及光照的差异，对于未来造访火星的人类或者其他生物来说，如何调整生物钟适应火星上的环境也将是一个巨大的挑战。”郭教授说。因此，目前科学家们对生物节律的研究，无论是对于人类的健康研究，还是对于空间探索，都具有重要的意义。
[大洋网-广州日报]