俗話說：早起的鳥兒有蟲吃。這是一種形象的說法，勸戒人們勤勞生活。那么，我們換一個視角來看，試想，在一片沉睡的大地中，突然有一只蟲在移動、在咬食，應(yīng)該很容易就被眼尖的鳥兒發(fā)現(xiàn)，結(jié)果，這蟲兒就可能成為鳥兒的早餐。這個俗語的勵志功能，是基于一種深刻的自然觀察。然而這個生物獵食現(xiàn)象，反映出“時間”是決定生死的關(guān)鍵。

生物調(diào)節(jié)的奧秘

生物體內(nèi)具有計時的構(gòu)造，這是通過特定的基因來實現(xiàn)的。這種特定的構(gòu)造與地球環(huán)境息息相關(guān)。地球因為自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，造成生物棲息環(huán)境呈現(xiàn)規(guī)律性的變動，這種變動具有固定周期，會重復(fù)出現(xiàn)。例如潮汐變化、日夜轉(zhuǎn)換或四季輪替等。生物必須按照這種環(huán)境變動，調(diào)整它們的生存策略，才能順利生存及繁衍后代。生物順應(yīng)這種環(huán)境規(guī)律性變化，就演化出來的各自的時間調(diào)控體系，俗稱“生物鐘”，目前發(fā)現(xiàn)它普遍存在于各種生物體內(nèi)。

當(dāng)我們檢視昆蟲體內(nèi)的生物時鐘時，發(fā)現(xiàn)它在事件尚未發(fā)生前就能開始準(zhǔn)備，等到事件來臨時，它已準(zhǔn)備就緒，馬上能應(yīng)付來自生物或物理環(huán)境的挑戰(zhàn)。舉例來說，當(dāng)天色漸漸暗下來時，一只雄蟋蟀仍然蟄伏在地下洞穴中，靜待夜晚的來臨，然而它體內(nèi)的能量資源卻已開始動員，積極往兩個方向運送。

就雄蟋蟀而言，又粗又大的胸肌是提供飛行及唱歌(鳴叫)的動力，得快速收縮肌肉才能產(chǎn)生足夠的動力，這需要有充足的能源補充。另外生殖系統(tǒng)內(nèi)必須盡快完成“精苞”的制造，如此當(dāng)雌蟋蟀受到雄蟋蟀的歌聲引誘前來交尾時，才有精苞可以傳送，完成交尾的任務(wù)。

為了能夠在短時間內(nèi)，利用一對前翅快速摩擦，發(fā)出動人的求偶歌聲，以吸引心儀的雌性，達成傳宗接代的任務(wù)，雄蟋蟀的事前準(zhǔn)備工作是絕對必須的。而遵守“時間表”的雄蟋蟀，才有傳宗接代的機會。

在昆蟲世界中充分利用生物時鐘表現(xiàn)于日常行為的，以蜜蜂為最。大家所熟悉的“蜜蜂語言”，就是以肢體動作來傳達食物資源的訊息。它主要是利用太陽來定位，然而太陽的方位會隨時變換，因此在不同的時間，傳遞訊息的“蜜蜂語言”勢必要做若干校正。而且當(dāng)天氣有變化時，譬如一陣?yán)子昊蛞粓龃箫L(fēng)造成環(huán)境的改變，蜜蜂若再次出巢覓食，也勢必要修正它的“語言”，才不會有所失誤。這種計算時間的變異而調(diào)整行為模式的能力，就是生物時鐘功能的充分展現(xiàn)。

生物時鐘雖然能提供時間訊息，但是無法提供瞬間的訊息，讓生物做生死攸關(guān)的決定。生物時鐘只能讓生物體內(nèi)的生化反應(yīng)，按照特定的時刻表呈現(xiàn)出正常的生命現(xiàn)象，至于與其它生物互動的反應(yīng)，就往往依賴隨機的結(jié)果。例如，一只羚羊能否逃脫一只獵豹的追逐，并不是由生物時鐘所掌握，而是由雙方的奔逃速度所決定。

生物時鐘的證明

如何證明昆蟲體內(nèi)具有生物時鐘?這是一個相當(dāng)專業(yè)的問題，實驗者必須把環(huán)境中一切外界時間的訊息移除，讓昆蟲在這種環(huán)境下生存，然后觀察它特定的生命現(xiàn)象是否出現(xiàn)固定周期的律動。這種證明方式一般而言是相當(dāng)困難的，因為在自然界是無法藉由觀察來確定其生物時鐘的存在。不過若造成昆蟲產(chǎn)生時差，則能反證生物時鐘是存在的。因為只有在體內(nèi)生物時鐘與外界時間無法同步時，才會發(fā)生某些不正常的現(xiàn)象。

我國南部熱帶與亞熱帶區(qū)，四季并不分明，相對于生活在四季分明的溫帶區(qū)昆蟲，需要利用休眠或遷徙來避開寒冬，南方大部分的昆蟲則不必經(jīng)歷這些嚴(yán)峻的環(huán)境考驗。再加上昆蟲壽命普遍都很短暫，因此以一年為周期的生物時鐘，在熱帶與亞熱帶區(qū)的昆蟲體內(nèi)并沒有發(fā)現(xiàn)。不過仍然有些生活在較高海拔山區(qū)及緯度較高地區(qū)的昆蟲，由于冬季環(huán)境惡劣，就需要發(fā)展出具有年周期的生物時鐘，來適應(yīng)這種劇烈季節(jié)變化的環(huán)境。

一般而言，昆蟲可以利用日照長短當(dāng)作季節(jié)變換的指針，然而緯度正好跨在北回歸線上的地區(qū)，夏季與冬季的日照時間并沒有很大的差異，不過仍然有一些昆蟲以日照長短來代表季節(jié)變化。例如，蚜蟲就保留有許多溫帶地區(qū)昆蟲所特有的有性繁殖與無性繁殖世代交替的生活方式。在早春時，從受精卵孵化出來的雌蚜蟲會在初級寄主植物上，以孤雌生殖的方式生長繁衍。當(dāng)族群數(shù)量變大時，會飛到次級寄主植物上，快速以孤雌生殖方式繼續(xù)繁殖。至秋季來臨，有翅型的雌蟲會再飛回到初級寄主植物上，仍然以孤雌生殖方式產(chǎn)出有性的雄蟲與雌蟲，二者會交配產(chǎn)出受精卵，就以這受精卵越冬，然后周而復(fù)始。

因此，在我國南方也可以發(fā)現(xiàn)一些壽命較短的昆蟲具有年周律的生物時鐘，至于年周律時鐘與日周律時鐘是否為同一型?或二者之間以何種固定模式互動?目前則尚未有定論。

自然環(huán)境充滿著不可預(yù)知的危險。因此，動物的生存之道，在于適當(dāng)?shù)牡攸c，選擇正確的時間，做出合宜的行為?；氐轿覀冮_頭說的蟲子和鳥的問題，如果蟲子不早起，那么，早起的鳥也很難抓到蟲子。這些復(fù)雜的情境與反應(yīng)，并沒有經(jīng)驗或智能的參與，而是千萬年來自然選汰的作用，選出具有這套標(biāo)準(zhǔn)行為準(zhǔn)則的動物，在特定的環(huán)境下，使它成功地生存繁衍。因此，我們可以預(yù)測，有早起習(xí)慣的蟲子逐漸被淘汰掉，其后大部分蟲子就不再早起，而特地起早的鳥也漸漸沒蟲可吃。

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生物鐘研究的歷程

早在19世紀(jì)末，科學(xué)家就注意到了生物體具有“生命節(jié)律”的現(xiàn)象。上世紀(jì)初，德國內(nèi)科醫(yī)生威爾赫姆·弗里斯和一位奧地利心理學(xué)家赫爾曼·斯瓦波達，他們通過長期的臨床觀察，發(fā)現(xiàn)在病人的病癥、情感以及行為的起伏中，存在著一個以23天為周期的體力盛衰和以28天為周期的情緒波動。大約過了20年，奧地利因斯布魯大學(xué)的阿爾弗雷特．泰爾其爾教授，在研究了數(shù)百名高中和大學(xué)學(xué)生的考試成績后，發(fā)現(xiàn)人的智力是以33天為波動周期的。于是，科學(xué)家們將體力、情緒與智力盛衰起伏的周期性節(jié)奏，繪制出了3條波浪形的人體生物節(jié)律曲線圖，被形象地喻為一曲優(yōu)美的生命協(xié)奏曲。

到了20世紀(jì)中葉，生物學(xué)家又根據(jù)生物體存在周期性循環(huán)節(jié)律活動的事實，創(chuàng)造了“生物鐘”一詞。生物鐘的位置到底在何處?傳統(tǒng)的觀點認為，生物鐘應(yīng)該存在于大腦中，但對于具體位置的說法卻又各不相同。有人認為，生物鐘的確切位置在下丘腦前端，視交叉上核內(nèi)，該核通過視網(wǎng)膜感受外界的光與暗，使之和體內(nèi)的時鐘保持同一節(jié)奏。也有人認為，生物鐘現(xiàn)象與體內(nèi)的褪黑素有密切的關(guān)系，由于褪黑素是由松果腺所分泌，因此生物鐘也應(yīng)該位于松果體上。

生物鐘的形成原因一直是個科學(xué)之謎?，F(xiàn)在有外源說、內(nèi)源說和生物體與環(huán)境相互作用的綜合說等。外源說認為，某些復(fù)雜的宇宙信息是控制生命節(jié)律現(xiàn)象的動因。美國學(xué)者弗蘭克布朗博士認為，人類對廣泛的外界信息，如電場變化、地磁變化、重力場變化、宇宙射線，其他行星運動周期、光的變化、月球引力等極為敏感，這些變化的周期性，引起了人的生命節(jié)律的周期性。內(nèi)源說認為，生命節(jié)律是由人體自身內(nèi)在的因素決定的。對夜間活動的倉鼠的試驗表明，在外界條件變化的情況下，如在與地球自轉(zhuǎn)方向相反的條件下，仍然有相似的節(jié)律。人在恒溫和與外界隔絕的地下，也表現(xiàn)出近似于24小時的節(jié)律，因此，人的生命節(jié)律是由人自身的因素造成的。綜合說則強調(diào)人體與環(huán)境之間的相互作用。

人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了若干與生物鐘相關(guān)的基因，生物鐘不但影響人的身心健康，而且可以在治療疾病中發(fā)揮重要的作用。1997年《細胞》雜志上發(fā)表了一篇論文，科學(xué)家通過對上萬只實驗鼠的研究，發(fā)現(xiàn)了一只實驗鼠的生物鐘周期是27小時，并定位克隆了這個核酸發(fā)生變異的基因，命名為“時鐘”基因(ClockGene)。后來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，某一個基因與果蠅的生物鐘基因“周期”呈現(xiàn)一定的序列類似性，因此假設(shè)該基因是果蠅“周期”在哺乳動物中具有同等功能的類似基因。通過動物實驗，他們發(fā)現(xiàn)“周期”基因有24小時表達節(jié)律，同時該基因的表達能隨光周期的改變而變化。這一發(fā)現(xiàn)因揭示了生物鐘的分子生物學(xué)基礎(chǔ)，被《科學(xué)》雜志評為當(dāng)年10大科技突破之一。

[責(zé)任編輯]李 金