千米小说网

神奇的生物天地（第2页）

“生物钟”的本质——外源性假说

当今世界上，有很多科学家在研究“生物钟”现象。早在1960年6月，就有200多名科学家出席了在美国长岛举行的生物节律国际研讨会。有关“生物钟”的研究历史，可以分为三个阶段：第一阶段是在50年代以前，科学家着重描述各种生物节律的现象；第二阶段在60年代，科学家设法建立一些模型来进行研究；第三阶段是70年代以来的工作，科学家试图用生物化学和分子生物学的一些理论来解释“生物钟”的现象。

虽然目前对“生物钟”有各种各样的学说和解释，但总的来说，这些学说可以分为两类。一类是外源性的假说，这种假说认为，生物节律是生物体的生理功能对来自宇宙环境的某种外部信号的反应。另一类是内源性假说，这种学说认为，生物体系具有自我预知时间的能力，这种能力不依赖环境中周期的变化。

外源性假说可以用“适应性”这个词来解释某些生物节律的现象。例如，我们可以说一些动物是昼行性的，因为它们适应白天的光照，另外一些动物是夜行性的，因为它们适应夜晚的黑暗。

相当长一个时期以来，科学家认为外界环境温度的变化是使生物产生节律的一个主要原因。每当秋天来临，温度降低，树叶枯干，一些动物失去了粮食，于是开始了冬眠，另一些昆虫，如蝴蝶，在秋天则变成了蛹。后来，科学家经过研究发现，引发生物节律外部环境的主要原因是光照，而不是温度，因为动植物都有控制内在过程的感受器。对植物和简单动物来说，受到光照射的细胞起着感受器的作用，对于复杂的动物来说，眼睛是它们的感受器。

光照的反应，除了白昼和黑夜的影响外，还有光照时间的长短。我们知道，地球围绕太阳转动，对北半球来说，夏季阳光直射，早上日出时间提前，晚上日落时间延后，每天光照时间增长。对冬季来说，正好相反，每天光照时间缩短。

光照时间的长短，可以影响植物的时间节律。例如，对于属于“长日照”的植物来说，增加光照的时间，可以使其提前开花。冬天，我们都喜欢种植水仙，由于冬天的光照较短，水仙长得很慢，如果希望它能提前开花，可以将它放在阳光充足的地方，或者在晚间用白炽灯泡照射它几个小时。对于属于“短日照”的植物，则恰恰相反，如秋天盛开的**，随着太阳照射时间的减少而生长，如果希望**早日开花，可以每天把它们在暗处多放几个小时，增加其少受光照的时间，就可以达到这一目的。对于很多农作物的生长、发育来说，光照是一个重要的因素，如果误了农时，光照时间的变化不仅可能造成减产，而且有可能产生“只长枝叶，不结果实”的后果。

对于高等动物来说，光照是怎样影响它们的生物节律的呢？科学家认为，这和动物的下丘脑有关。我们知道，高等动物的下丘脑是全身激素的总开关，而眼睛则是对光照最敏感的器官，光照的变化，通过视神经的传导，影响到下丘脑，下丘脑因而发生相应的反应，这个反应通过脑垂体分泌激素影响生物节律。这个假说中虽然有许多的细节尚待进一步研究，但已经有实验提供了一些证据。

蟑螂是一种令人们讨厌的昆虫，它具有白天休息、夜晚活动的生物节律。蟑螂的激素在它的头部制造，那里有各种产生不同激素的腺体。科学家希望知道，没有了头的蟑螂是否还能存活。于是，他们将蟑螂的头部摘去，实验证明，摘去了头部的蟑螂还能存活几个星期，但是也出现了一个有趣的现象，这些蟑螂失去了夜行的习性，也就是说，它们的生物节律起了变化。于是，科学家又将摘去的蟑螂头中的腺体分别移植到没有头的蟑螂身体上，结果，有一只蟑螂恢复了夜行的生物节律，这说明，这个腺体中有一种特别的激素控制着蟑螂的夜行节律。

有的科学家曾认为，生物节律与地球的自转有关。他们设计了一套实验，将一批做实验的老鼠，从美国的西海岸运到新西兰，并且用光照来调整它们的生物节律，每天早上8点至晚上8点光照12个小时，然后就是12个小时的黑暗期，待这批小鼠适应了新的生物节律后，就将它们分为两组。这两组的笼子分别固定在两种不同的机械转盘装置上，一种装置上的转盘处于静止状态，也可以说，它是跟着地球在做逆时针的运动，另一种装置的转盘则以24小时为周期做顺时针匀速运动，可以说它们的转动速度与地球自转的速度相同但方向相反。这个实验进行了10天，对笼内小鼠的活动做了详细的记录，得出的结论是：两组老鼠的生物节律没有显著的差别，这说明地球的自转与生物节律无关。

实验还证明，某些生物的生物节律还会受到磁场和静电场的影响。

“生物钟”的本质——内源性假说

外源性假说的依据很多，但它无法说明所有的生物节律的现象。例如，人的心跳与呼吸的频率与外部环境没有特别的联系。

有一个很有趣的实验也支持“内源性假说”。我们知道候鸟有着迁徙的习性，而且迁飞的时间也是由“生物钟”来控制的，这个“生物钟”是否受到外部环境的影响呢？一组科学家在德国进行了细致的实验。

他们将一种候鸟从孵化到成长都养在与外界隔绝的环境中，它们生活在终年类似夏季的生活条件之中，这样它们就不会受到外部类似光照、温度等条件的影响，也得不到季节变化应该迁徙的暗示。可是，当外界秋天到来时，它们就会在树枝间飞来飞去，显得急躁不安，接连很多夜晚，它们在支架上拍翅振翼，不能入睡，这种情况持续的时间，相当于它们从欧洲飞到非洲的时间，这段时间一过，它们就能安然入睡了。可是一到春天，也就是到这些鸟应从非洲返回欧洲的时间，它们又出现了同样烦躁不安的现象。这个实验告诉我们，在这种候鸟的身体内部确实存在着一座不受外部环境影响的“生物钟”，正是这座“钟”指挥着它们迁徙。

根据以上的事实，有的科学家认为，“生物钟”是生物体内固有的，不随外界环境的变化而变化。他们认为，植物和动物的生物节律是内源性的，是进化的结果，在几百万年中，宇宙的自然节律已经在生物体内的基因上打下了深深的烙印，生物中只有那些能在生理上和行为上适应这些环境节律的才能存活下来，而且这种生物节律是可以代代遗传的。

最近，有科学家宣称他们已得到了与生物节律有关的基因，如果结果是正确的话，这将会大大促进生物节律的研究工作。

结束语

“生物钟”现象目前已被人类利用。例如，科学家发现，人在每一天的一个时期中，精力充沛，注意力集中，而在另一个时期，则容易疲劳。利用生物钟现象，就可以将某些危险性较大、要求集中注意力的工作安排在精力充沛、注意力集中的时间。美国国务院曾经做出决定，要求所有经过长途飞行的外交人员，至少休息一天以后，才能参加重要的谈判。

科学家还发现，在饲养的家禽中，利用人工照明，增加白昼时间，可以使母鸡多产蛋；对于苍蝇、蟑螂之类的害虫，在一天中的某一个时刻使用杀虫剂比较有效；花农也可以采用改变光照和黑暗的时间，使得圣诞节能上市圣诞花，复活节能上市百合花。