生物体内的自然钟

是什么东西使生物灵敏地感到时光在流动呢？有两种假设：一是生物的时间感只不过是24小时中环境变化的反映；二是有某种内在的“生物钟”，它好象闹钟，在应该开始行动时发出指示，也可以随时查看时间。

为了找寻答案，200多年前就有一位科学家将豆类植物放在与外界隔绝的黑暗山洞中，可是叶片的昼启夜合运动仍照常进行。近年来研究者又用蟑螂做实验，以看不见的红外线光束通过笼子悄悄地照射在光电管上，蟑螂行动时阻断了光束，从而自动做了长时间的行动记录。蝉螂在恒稳条件下仍能保持有节律的昼伏夜出的活动，周期是23小时53分。实验结果发现，生物各有不同，行为却很一致，它们虽处在温、湿度和气压不变的连续黑暗中，似仍能“看到”外界的日落日出（见图2）。也就是说，通过内在的时钟而保持有节律的生命活动至数日、数星期甚或更久。一般时钟指针的走动，是表示钟内的机械在运转；生物有节律的行动，也正是内在时钟在运转的可见信号。通过实验，不仅证明生物钟的确存在，并发现它的周期相当稳，一般在22～28小时的范围内，同24小时的昼夜期虽稍有偏差，却相当“准”。

生物钟还可以对时，拨动和调整。通过一定时期的光、暗控制，我们可以将某一生物的时钟“指针”拨到任何一个位置上表示某一时刻。例如，白天含羞草复叶张开的时候，偏将它放在暗中；夜里复叶合拢时，偏给以光照。连续训练许多次以后，它便会日夜颠倒。但在正常的光暗交替恢复后，生命的节律同样也可以恢复。有些动物在经过连续的黑暗锻炼后，可能失去24小时节律的特性，如果蝇的孵化周期。可是，只要给以1/2000秒的闪光，它又可以恢复原来的节律。这种自动调整的本领是生物钟的特点之一。

此文发表于1963年“科学画报”5期190-195页。

图1

一般说来，生物钟对温度变化不敏感。可是当温度下降到0℃时，它也会骤然停摆；温度升高时才又重新走动。当机械钟停走几小时后，如果在重新上发条时不加以调整拨快，它便会慢几小时；生物钟也如此，受冻几小时，它便也比正常的慢几小时。

生物钟的另一特点是可以遗传。据试验，果蝇在连续弱光下培育了15代，它从蛹中飞出来的昼夜节律不变。可见，外界因素虽可以拨动或中止钟的指针，但不能改变它的遗传特性。

图2　蟑螂的大神经分泌细胞之一（已染色，箭头所指处）