一整天關在房間、曬不到太陽……生理時鐘會跟著變化嗎?

2021-01-10 四川人在香港

麥可.楊恩在2017年得知自己獲得諾貝爾生理醫學獎的那天,他在洛克菲勒大學教職員俱樂部舉辦的臨時慶祝活動分享了一則有趣的軼事:用分子時鐘計算睡眠和其他行為時間的想法一開始遭到嘲笑。「基因影響行為?沒人相信。」然而,超過35年的研究顯示,我們的清醒/睡眠周期(以及大多數其他生理功能和行為)的確由分子時鐘調節,而楊恩和他的研究團隊則是第一個在果蠅身上找到這種機制的人。這種時鐘是嬰兒睡眠法的基礎,我將在這一章介紹背後的科學知識,包括時鐘的組成、位置及影響因素。

我們每個人都有生理時鐘,這個時鐘調整我們的行為和生理功能,藉以幫助我們組織一天的生活,它告訴我們夜晚要睡覺,早上要起床;要吃早餐、午餐和晚餐,讓我們的身體在那些時間做好準備,以便達到最佳的消化吸收效果;它調節我們的體溫和免疫系統。我們所有的精神狀態,包括情緒、警戒、動力,全天都受內在生理時鐘的調節而發生變化。

什麼是生理時鐘?它如何控制?

根據自然規律,不只睡眠有最佳的時間,也就是晚上,生理活動的最佳時間是在下午,而最佳排便時間則在早晨。這種日常規律的科學名稱就叫作晝夜節律(circadian rhythm),這一詞來自拉丁語「circa」(關於)和diem(日子),組合起來便是「關於日子的事」,因為一次周期的時間總長度就是一天。身體裡幾乎所有的生理功能都有晝夜節律控制。

所有動物,甚至植物都有生理時鐘,它幫助地球上所有生物為白天的陽光和高溫,以及夜晚的黑暗和寒冷做好準備。植物需要調整葉片的位置,好在第一道光線照射下來時便能開始行光合作用,掠食者利用生理時鐘知道狩獵的時間和獵物的可能位置。舉例來說,如果羚羊在晨昏時經常出現在河邊,獅子就應該在晨昏之前前往水塘邊,才不會錯過獵物;較冷緯度的動物需要在日落前找好棲身之地,才能躲過夜晚的寒冷。這些動物王國的案例說明了生理時鐘的功能,也就是預測環境的變化。

如果你將一盆植物放在完全黑暗的房間裡,永遠照不到陽光呢?它仍會預測陽光的來源,據此轉動葉片,並且在「白天」時隨著不存在的陽光從房間的一側轉向另一側,到了「夜晚」也會關閉葉子以保持溼度,這一切都發生在全黑的環境中。最驚人的是,只要植物活著,就會持續這樣的行為,不過在全黑環境中的植物活不了太久。

很有趣吧,但這和我及我的寶寶有什麼關係?

時鐘的威力

假設你平時是晚上11點入睡,早上7點起床,若將你放到一個沒有窗戶的公寓,曬不到太陽,沒有電視,沒有網絡,沒有其他時間的線索,但你隨時可以打開電子光源,可以盡情地吃東西、看書、看電影,你可以隨興安排一天的時間,決定什麼時候要關燈睡覺,你認為會發生什麼事?

這個實驗真實發生過,而且在不同國家有不同的研究團體不斷重複實驗。結果發現,你的節律會和日常生活完全一樣,你還是會在平時睡覺的時間上床,在平時起床的時間醒來,每一天都是如此,即使你身處那樣的條件。這就是時鐘的力量,你會發現每天晚上11點上床睡覺,早上7點起床,而這樣的作息對我們的小寶寶來說非常可取。

時鐘如何運作

時鐘如何運作,我們如何運用這種知識,讓寶寶一夜好眠?因為地球的自轉及公轉,一天有24小時,我們的內在時鐘也演化出一套將近24小時的晝夜節律,一個循環的長度是24小時,這個長度稱為一個周期。如果地球旋轉的速度減緩,白晝變長,我們的周期或許也會超過24小時。

我們內在時鐘的動力何來,是什麼告訴我們時間?大約50年前,科學家發現時鐘受我們體內一組基因控制,這組基因稱為時鐘基因。1970年代早期,基因學家隆恩.柯諾普卡(Ron Konopka)和賽莫爾.班瑟(Seymour Benzer)在加州科技研究所工作時,曾提出以下問題:只發生在特定時間的特定行為是否需要某些基因存在?他們以一種迷你果蠅黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)發展出一套模型系統,找到了答案。

在正常的發展過程中,蒼蠅卵會孵化成幼蟲,大量進食並成長,7天後,幼蟲開始結繭,並在蟲繭中變態為成年蒼蠅。成熟的蒼蠅會破繭而出,這個過程稱為脫蛹,距離蟲卵落地只有10天。有趣的是,脫蛹通常發生在清晨,如此一來,剛脫蛹的蒼蠅才能在溫暖的白天展翅,在光亮的環境中習慣他們的新身體。

洞穴與碉堡實驗

納撒尼爾.克萊特曼(Nathaniel Kleitman)是第一位不在社會24小時活動周期的情況下測試人類行為的研究者,他於1938年6月到7月,用一個月的時間,讓受試者待在肯塔基州的猛獁洞裡,研究他們的晝夜節律。洞穴裡對受試者進行了人工控制:一天的時間長度從24小時,改變為21小時或28小時。他監測他們的體溫和心跳,希望能了解人們是否會改變內在機制,也就是從生理上將24小時的節律改為21小時或28小時。

他發現,即使人們外在的環境改變了,人體還是會維持24小時節律—這個證據清楚表明內生晝夜節律的存在。

尤金.阿紹夫(Jürgen Aschoff)和德國研究者在1960年代也進行了類似的實驗,他們在安德克斯(Andechs)一個巴伐利亞人的小鎮裡,利用二次世界大戰的碉堡建立一個實驗公寓。受試者可依喜好開關電燈,並依他們平時日夜作息做事,許多學生參與者利用在碉堡的時間準備考試。計劃在1980年代早期結束,參與這份「碉堡實驗」的受試者超過三百人,結論很清楚:即使沒有陽光,人們仍維持近乎24小時的節律,這一點進一步證明了內在晝夜時鐘的存在。

為了探討蒼蠅在早上脫蛹是否受基因影響,柯諾普卡和班瑟讓果蠅暴露於破壞DNA的化學物質或誘變劑中,從而隨機幹擾個別基因的功能,然後觀察該基因是否影響脫蛹的時間。某些突變的確導致果蠅脫蛹時間失常:突變的果蠅未在早晨脫蛹,而是在白天或黑夜不定時脫蛹。此外,研究者發現另外兩種突變,果蠅並非時間錯亂,而是將24小時的蛻變周期縮短成19小時,或延長為28小時。

果蠅研究中有一種傳統,他們會根據基因遺失後會引起的問題命名該基因,柯諾普卡和班瑟發現的突變改變了行為周期,科學家便將這個時間錯亂的突變稱為蠅期,其他兩個則分別稱為短蠅期和長蠅期。幾年後,我的導師麥可.楊恩首次複製了蠅期基因,從而描述了該基因的特性。複製第一個時鐘基因,這個發現讓他及他的同事於二○一七年獲得諾貝爾生理醫學獎,蠅期基因的發現打開了一扇門,讓我們在基因的基礎上了解晝夜節律。

我們的實驗室及其他研究發現了時鐘基因網絡,這些網絡負責管理我們體內的時間。

在這項開創性研究的基礎上,我們的實驗室及其他研究發現了時鐘基因網絡,這些網絡負責管理我們體內的時間。時鐘基因存在於身體內大多數細胞內,每個細胞都有它自己的時鐘,這些時鐘如何與其他細胞的時間同步呢?大腦中有一個結構稱為視交叉上核(SCN),它被認為是人體的中央時鐘。SCN神經元的放電頻率日夜變化—白天最高,夜晚最低,SCN的放電頻率能讓大腦其他部位及器官組織了解現在的時間。

相關焦點

  • 站在這個懸浮球時鐘前,我可以盯上一整天!
    假如你把 Story 連上電源,你會發現,小鋼珠會懸浮起來,並且會在這個木質圓盤上面轉動,這其實就是 Story 時鐘的指針,它會隨著時間變化而變化,但它又有些特殊,因為它是憑藉磁力懸浮起來的。可能你會想,既然能直接顯示時間,那這顆小鋼珠豈不是畫蛇添足,沒有用了?其實,它還有非常重要的傳達時間的功能,你見過日晷嗎?
  • 如何把生理時鐘調回來?熬夜傷肝傷皮膚啊!
    其實人體器官是有自己的工作時間表的,要是在該休息的時候不休息那麼針對的器官功能也會隨著長時間慢慢減弱而且還會讓大腦反應遲鈍。熬夜對身體和皮膚的傷害是日積月累的,你後悔時已經來不及了。請趁行動管制期間,趕緊把生理時鐘調回來!不然開學 復工的時候,你就會被疲倦折磨了。
  • 向日葵會一直跟著太陽的方向轉來轉去嗎 8月18日螞蟻莊園今日答案
    向日葵會一直跟著太陽的方向轉來轉去嗎 8月18日螞蟻莊園今日答案 2020年8月18日,這天是周二,支付寶的螞蟻莊園小課堂的問題是關於我們和地球的
  • 女人「生理需求」長期得不到解決,3個變化會「造訪」,你中了嗎
    導語:眾所周知,男女在成年之後都會有生理需求,而這是一種正常的現象。而且現在人們的思想也特別的開放,所以很多情侶在結婚之前都會存在性行為,其實如果在平時保持適當的生理需求,對身體的健康是比較有利的,而且還可以預防疾病的出現。
  • 主人走到哪裡狗狗都跟著,它不累嗎?
    一天大部分時間,為啥狗狗不做自己的事情,卻總是跟著主人呢?它不煩嗎?不好意思,它真的不覺得煩!因為狗狗沒有手機,玩樂方式又少都說狗狗的世界只有主人一個,雖然誇張,但也八九不離十。主人要工作應酬,但狗狗平時只有在家,守著家和玩具,等主人回家帶它出門散步。
  • 因為心理的變化,會引起生理的變化,真理也藏在裡面
    有個人家裡的梧桐樹枯萎凋零了,鄰居的父親對他說,死了的梧桐樹在院子裡不吉利,會破壞風水,嚇得他急忙把樹砍了。鄰人父固請以為薪。鄰居的父親見他把樹砍了,說,你不要丟掉,給我當柴燒吧!其人乃不悅,曰:「鄰人之父徒欲為薪而教吾伐之也。
  • 肌肉時鐘與同步訓練的價值| NASM Blogs
    他們甚至會說,這樣堅持鍛鍊似乎更容易。他們可能是對的,但原因不僅僅是心理上的,也是生物學上的。這一切都始於一些每個人都聽說過但大多數人從未聽說過的東西:肌肉時鐘的集合。作為一名認證私人教練,了解這一至關重要的生物學原理可以幫助你為客戶制定訓練計劃。什麼是肌肉時鐘?肌肉時鐘是體內的計時器,它存在於人體的肌肉中,就像生物鐘存在於大腦中一樣。
  • 典雅奢華 Grimm Audio CC1主時鐘
    前面是介紹時鐘的使用,簡單來說,若器材可外接時鐘,那就直接跟CC1連接即可,若器材無法外接時鐘,也可以透過AES數位介面使用CC1來洗水(Reclocking),那麼更重要的是,CC1真的能變好嗎?
  • 近地軌道上太空人對著太陽開槍,子彈最終會擊中太陽嗎?
    如果在阻力非常小的近地軌道上開一槍,子彈又會飛多遠,是沿直線一直飛下去嗎?在21世紀今天,人類進入近地軌道已經是一件稀鬆平常的事情了,不用再去懷疑真假,比如經常前往國際空間站的太空人,假如太空人在出艙太空行走過程中,對準太陽方向開一槍,那么子彈會沿直線飛下去,最後擊中太陽嗎?結果可能和你想的不一樣。
  • 一兩個月的寶寶出現這些生理現象該緊張嗎?
    其實寶寶沒有我們想像的那麼脆弱,寶寶生下來會有一定的免疫能力,這是媽媽給的,所以只要平時照顧得當,寶寶都會保持一個很健康的狀態。下面說說剛出生1-2個月的寶寶會有哪些正常的生理反應,知道這些了,寶爸寶媽們就不會在寶寶出現下面的情況時過度擔心TA的健康狀況了。
  • 《GTA5》跟蹤老麥女兒一整天會發生什麼?你去過崔西的閨房嗎?
    GTA5老麥的女兒一直都是玩家們的關注的對象,因為這個女NPC確實很有意思,擁有獨立的主張,但奈何最後卻被老麥殘忍地阻止了,在我的理解中老麥阻止崔西當演員是有原因的,當你把線下的劇情全玩完就懂了,想要在洛聖都成為明星,其實道路是非常坎坷的,而老麥本身家庭條件就很不錯,所以並不想讓崔西走這條路,躺著不好嗎?
  • 14歲女兒半夜房間發出「嗯嗯」聲,寶媽留下一封信,挽救孩子一生
    每次回到家過後,總是把自己關在臥室當中不出門,唯有吃飯的時候,才會慢慢地走出臥室,絲毫不與外界交流,而且,精神狀態看起來也不是很好。這可讓王女士擔心壞了,追問女兒到底發生了什麼事,女兒也是沒能說出來一個所以然。就在這天半夜,王女士起身上廁所的時候,就突然聽到女兒房間內有聲音傳出,趴在門口一聽,竟然聽到了奇怪的嗯嗯聲。
  • 「時鐘變慢效應」讓時間變成了相對的,絕對時間也不存在了
    當地球向著太陽運動時,太陽光速應該快呀,因為還要加上地球運動的速度嗎?當地球背著太陽運動時,太陽光速應該慢啊,因為還要減去地球運動的速度嗎?但愛因斯坦卻發現了問題,太陽光傳到地球需要8分鐘,也就是說我們現在感受到的太陽光是8分鐘之前的,如果太陽突然消失,8分鐘後光才停止,可是如果太陽突然消失,太陽對地球的引力也會突然消失,不會等8分鐘。這就表明引力比光跑得快?
  • 太陽每天燃燒損失巨大,引力減小,地球軌道越來越遠會變冷嗎?
    有一位童鞋提了這樣一個問題:太陽每天燃燒損失巨大,引力減小,地球軌道越來越遠會變冷嗎?如果真的是這樣就好了,可惜不是,相比於凍死,我們未來更需要關心的可能是被烤熟的問題。首先來把這個問題拆開來看看吧。太陽是不是每天燃燒缺失巨大?是的。引力是不是在減小?是的。地球是否曾經變冷?是的,那麼地球在未來有可能變冷嗎?是的。
  • 八分之一冰山原則,呈現戰後生理與心理創傷,太陽照樣升起
    《太陽照樣升起》(The Sun Also Rises): 是美國「迷惘一代」作家海明威的早期代表作之一,也是其「八分之一冰山創作原則」的起始,描寫了上個世紀20年代,遭受身體、感情、生理、心理等戰後創傷折磨的美國青年巴恩斯,在巴黎和馬德裡人生經歷的故事
  • 不能把around the clock理解為在時鐘的附近,其實它指夜以繼日
    around the clock—整天24小時,夜以繼日。光從字面上看,可能會以為這個短語指的是在時鐘附近。其實這個習語是利用時鐘不斷在轉的情況,來形容「連續不斷,從白天到夜晚的24小時」。傑克:你確定湯姆能勝任企劃領導人的工作嗎?達娜:是的,他在指導企劃這方面很有經驗。傑克:但他需要指導一群新手。達娜:我相信他可以處理。傑克:好吧,他們最好從現在開始就夜以繼日地努力。
  • 將項羽、呂布、李元霸關在同一房間,只能一人活著出來,會是誰?
    項羽、呂布、李元霸都是各個時期的王者,如果把他們三人都關在同一個房間裡,只能一個人活著出來,那個人會是誰呢?先來看看這三位王者各自有何能耐!在垓下之戰時,項羽被劉邦軍隊團團圍困,此時的項羽以一己之力連殺敵軍幾百人,讓在場的敵人膽寒心驚,之後項羽因無顏面對江東父老,最終自刎而死。而後人對項羽的評價是「羽之神勇,千古無二」!
  • 男人出軌後的生理變化與生理表現 老公出軌七大驗證方法
    男人出軌後的生理變化有哪些 男人精神出軌後的生理表現  出軌是愛情和婚姻的殺手,對於出軌的行為,大部分人都選擇了決裂,因為潘多拉魔盒一旦打開就難以恢復。  肯定地說每個男人出軌後都會留下蛛絲馬跡,無論是神態表情,還是言談舉止,莫明其妙地發生著微妙的變化,目的就是在掩飾自己的心虛,即使再強的高手,也會破綻百出、馬失前蹄。如果你對自己的男人有所懷疑,可以在他有變化的情況下,對其脆弱的神經進行猛然襲擊,他一定很難在最短的時間內接招,這是瓦解他心理防線的最好時候。每個女人都應該有著自己的看家本領。
  • 《時鐘機關之心》:內涵不夠靠脫湊?地球阻止不了他們聖光尬舞了!
    這個故事發生在1000年後處於「縫縫補補又三年」這種狀態的時鐘機關之星,主人公是聽力超群的廢材吊車尾高中生見浦直人和天才時鐘技師少女瑪麗,以及Y留下來的自動人偶們,不出所料的話大概又是高中生拯救世界吧?
  • 女人長時間解決不了「生理需求」,身體會有3個變化,別大意
    一說到理需求,大家第一反應肯定會聯想到性生活。一般科學家認為性慾是一種本能欲望,對於繁衍下一代有利,不論是男女,性成熟後都有這種生理需求。正常的性生活對男女雙方都會有好處的。可以提升情緒上的愉悅感,和諧的性生活有助於家庭和睦,促進兩人之感情。