生物钟学(Chronobiology 希腊语:Chronos = 时间;Biology = 生物学)是一门迷信,它的义务是研究生物体内与时间有关的周期性现象,或谓这些景象的时光机制。生物钟学与 所谓的生理节律无关。又叫“时间生物学”,中医学中的子午流注、经络实践等存在典范的传统生物种或生物时间 节律研究,
清水河,能够说是最早的时间生物学,现代基因生物技巧的发展,调控生物节律的有关基因及其调控机理的研讨使时间生 物学发展到了分子细胞生物学程度,还细胞时钟节律的基因调控网络人工设计与基因工程又发展了古代的合成生物 学等。
研究目标 生物钟学的研究目的,是生物体内生理和行为的时间机制。在这种机制中,生物体内部的时钟系统所 发生的节律是重要的。 三大核心问题: 生物节律有哪些类型?它们是怎样影响生物的生理过程的? 节律是内在的吗?假如是,哪里是产生节律的发生器,哪里是起搏点,它们怎么运作? 哪些是外源性的,周期性的因素,等于所谓的时间服务器,它们又是怎么作用于生物时钟的? 生物时间机制对所有的生物都很重要,而且在目前所有被研究的生物里科学家都找到了其时间节律现象。生物 体内有很多过程固然彼此相关,
手机定位追踪,但在时间上都是有所区别的。还有一些进程岂但受到内在因素制约,还会受到外界因素影响。时间上的差别之一 就是各种行为各具其规律性――在一个大范畴内视察这种法则性,就可以称之为生物节律。周期的长度由毫秒到年 不等。细胞决裂,呼吸,心跳和行动只是其中的一些例子。 生物钟学对人的意义在近年来越来越重要,因为咱们的生活越来越频繁地逆这种生物钟而行。在医学方面已经 断定,服药时间对药效影响甚大。在化疗中,若因就节律给病人服用细胞克制剂的话,调制药物的浓度就可以比其 他给药时间所采取的浓度下降很多。生物节律的例子 在下面的表格中列举了一些人体生理功效的逐日周期性变 更。 体温在晚睡醒来之前就已经开始升高。就是说人体已经为快要到来的活动做准备。 就是在傍晚或夜行性的动物,甚至是植物,都存在这种“做预备的”的现象。 植物在日出之前就会激活光合作用相关器官,为光合作用做筹备,以最长时间的应用光能。 很多植物在日间某些时候会开展或合上其花朵。还有一些植物,在一段日子里花朵接踵开放,只在特定的钟点合成 香料和花蜜。虫媒如蜜蜂就在会恰在此时到访。 钟点 (小时) 热潮 2:00 惰性 3:00 出身率 4:00 死亡率 6:00 尿液体积 9:00 睾酮天生 11:00 尿液的酸性 12:00 血蛋白 13:00 健康,体温 14:00 心跳,麻痹状况 16:00 体重 18:00 血压 19:00 牙疼 22:00 白细胞 24:00 外科手术逝世亡率生物节律的种类 依据周期长度,将生物节律分为四种:超昼夜的(亚日的)节律 超昼夜 的(亚日的)节律(Infradian Rhythmus),该词源于拉丁语:“infra”为“底下”,“dies”为“日”,亦即周期比一天长 的节律。 例如鸟类的迁徙,
手机定位追踪;节令性的(或许 365.25天长)蛰伏;还有与退涨潮相干的半月周期,如在满月、新月出现大潮,
手机定位追踪,而半月时呈现小潮(大略 14.25 天),银汉鱼只在涨潮时在岸上产卵;或者太阴日节律的,
果壳网发谴责声明指互动百科抄袭,以28.5为周期(矶沙蚕属)。近潮汐节律 近潮汐节律(Circatidal Rhythmus),追随12.5小时的潮汐节律。一些海岸线的动物有这种节律,例如水生的蟹类动物涨潮时 才会运动,而成长在岸上的蟹则会在退潮时觅食。次昼夜(超日)的节律 次昼夜(超日)的节律(Ultra dian Rhythmus)源于拉丁语的“ultra”(超)和“dies”(天、日),其频率超过日频率,就是说 一天出现两次以上(严厉来说是整数次,这是与近潮汐节律的区别)。这些短于24小时的节律的例子有蝙蝠的捕 食周期、成人90分钟睡眠轮回、垂体的间歇性荷尔蒙分泌等。近昼夜节律 近昼夜节律(Circadian e Rhythmus)来自拉丁语“circa”(大概)和“dies”,为濒临24小时长的节律,如人类睡眠 和清醒、植物的叶运动等。 研究得最彻底的是近昼夜节律,当然有历史的原因――近昼夜节律比周年节律更显著,但更重要的是近日夜节 律对人类来说更有事实意义。以下讲授若无特别解释,都是指近昼夜节律。生物钟学历史 在18世纪地理学家 Jean Jacques d’Ortous de Mairanvon就描写了含羞草的日间叶运动。通过实验他得知,即便在黑暗中叶子也会浮现这种节律。相似 的报道也见于Georg Christoph Lichtenberg,Christoph Wilhelm Hufeland,林奈和达尔文。但直到20世纪人们才开始对该现象作科学研究。在该领域的前驱有:Wil helm Pfeffer,Erwin Bünning,卡尔・冯・费舍尔,Jürgen Aschoff和Colin Pittendrigh。 对生物节律的一个重要的发明是,很多天然节律在连续的等同强度的实验室前提下也能产生,就是说节律也可 以“人造”。内部时钟的同步是通过期间变化的媒介实现的,
首义广场,如光和温度。生物钟的地位 首先阐明:生物体内并没有日常意思的“时钟”,它不会告知生物体钟点日期。 生物钟在哪里?是怎样的?这些问题都是因物种而异的。由于良多节律与光有关,所以人们可以优先在与光感触器 相联系的器官中寻找生物钟的位置。单细胞生物 从20世纪40年代就已经晓得,单细胞生物也有本人的生物 钟。所以从中可得知,生物钟的运行并不必定需要一个网络作为硬件。 藻类如眼虫属或衣滴虫有趋光性昼夜节律。 草履虫有昼夜生理过程。 海生的腰鞭毛虫, 如多边膝沟藻,也有自己的昼夜节律。它在日出前一个小时就会浮到水面,造成厚厚的一片,进行光合作用。在有 利条件下它们会构成红潮。在日落之前它们则会从新潜到海中。晚间它们借助荧光素酶发诞生物光,人们揣测这是 可以驱逐天敌挠足亚纲的。 这些节律也可以在试验室里通过施加持续的影响而产生,
软硬玉带。 同时原核生物 (细菌,和蓝藻)也有昼夜节律。动物 直至今天在植物中仍没找到生物钟的中心把持部分或是起搏点。当初只 能推测,光协作用以及与之联系的运动时由遍布植物体的多个时钟共同控制的。 例如光配合用器官的新陈代谢,在实验中可以察看到是因为光照对基因表白产生影响引起的。 每天在叶绿体的类囊体膜上的光收集器(Lhc)都会进行光合作用。光会影响细胞核基因的转录和翻译。西红柿 到目前为止已发现19个Lhc-基因。 目前在Lhc-基因的运作机制和其启动子方面进行着很多的研究。动物 在动物中起搏点位于中枢神经系统。如上所述,节律 与光有关,所以很做作,生物钟位于视觉系统里。 对于昆虫在光叶中。 对于软体动物在视网膜的基底部 对脊椎动物在视交叉上核和松果体(Pinealorgan,Epiphyse)中。松果体分泌褪黑激素 (N-乙酰-5-甲氧基色胺)。 鱼,两栖类动物,匍匐类动物和许多鸟类动物中松果体是对光敏感的,除此之外它还掌握了除褪黑激素昼夜产 生节律外的其余节律,如体平和进食。从中可得悉,松果体比视交叉上核更早主持着生物节律。 哺乳类动物 哺乳类动物中松果体和视穿插上核独特节制了节律,但还有很多其他证据表明,还有其他起搏点的存在,如视 网膜。但这些时钟是如何运作的,还是一个未知数。人类 如上所述,生物钟学对人类来说越来越 重要。 第一,我们的生活模式越来越偏离生物钟。轮班制越来越多。第二,我们越来越少去晒太阳。特别在冬天,我 们在室内过上大部门的时间,光强度鲜有高于500流明。在户外即使是阴天起码有8000流明,而太阳光则有 100000流明。因此就生物钟系统来说我们大多生涯在黑暗中。我们的昼夜节律实在天天都须要一次新的“校 订”,但现在却赶上了很大的艰苦。成果可能是失眠和饮食失调,精神不足直到深度抑郁症。在北欧 (如挪威), 在冬天光效力甚至直逼0。在当地,为医治冬天抑郁症人们采用了光疗法。 第三,我们越来越频繁的跨时区游览(即从东向西,或从西向东),这是对我们昼夜节律一个重大挑 衅。 时间利用的习惯分成两类。一类晚睡晚起,睡眠时间长――"猫头鹰型",而"云雀型"则是早 睡早起,
手机定位追踪。这个差异是基因素因引起的,所以要改过来是很难的。这也象征着,我们大局部人是逆节律生活的 。 青春期年青人简直全是猫头鹰型,因此推迟上课时间一个小时,特殊是在冬天,无论对授课后果仍是健康都是大有 利益的。 除了这两品种型外,还有睡眠时间是非之分。这些类型可以彼此组合,
堆莴苣。还有一种类型的人,他们对睡眠和日光同步一筹莫展。 生物钟学与我们的春秋有关。婴儿时代次昼夜系统(短的活动时间)和长的睡眠交替,直到昼夜体系发展到可 能掌管生物钟为止。但跟着年纪的增加它也会匆匆生效。这也是老年人睡眠和活动阻碍的原因。实验 如上所述 ,动物跟植物的周期性现象很早就为人所知。1759年就有人制造了第一张豆类植物叶运动的近昼夜节律图表。 首先植物的叶子会与杠杆的一端相连,杠杆的另一端放置在一个滚轮之上。若叶子下垂,杠杆会在滚轮上留下一条 向上的线,相反当叶子向上提起的时候,就会得到一条向下的曲线。实验为期数天。前三天每天光照12小时,第 四天起结束光照, 若果这种光是叶运动的起因的话,人们应当会得到这样的成果,就是叶子在没有光照的后多少天会始终下垂。但事 实并非如斯。因而光照并不是叶活动的原因。 20世纪80年代有实验,去观察毕竟外在因素会不会产生作用。太空实验室1号将真菌 脉孢菌带到太空,去看看离地后生物节律的变化,
正色危言。实验结果却与在Cape Canaveral对比组所得的结果雷同。从此时起,人们在近昼夜节律,次昼夜(超日)节律和超昼夜(亚日 )节律是内因产生的这一点上,达成了共鸣。 上世纪最重要的研究手腕是基因的渐变筛选。1970年Konopka首次在黑腹果蝇Drosophil a melanogaster上利用了这一技术。这种果蝇的成虫破蛹行为有着显明的近昼夜节律,靠近24小时。 就是说蝇破蛹的时刻不是随机的,而是在一天的特定时刻。若一天已经由了这一时刻,那么成虫不会 在当天,
朱云卿,而时下一天出蛹。这种节律代代相传。Konopka找到了三种特变品种并一直培养其后辈:第一种Pers hort,并不遵守这种24小季节律,而是19小时,其昆裔也如是,
手机定位追踪。第二种Perlong,其周期为29小时,
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手机定位追踪。第三种Per-,不节律。所有这些特变种类在基因的统一区段上涌现了缺点。90年代末在不同的哺乳类动物里科学家找到了这 些“时钟基因”(BMal, Clock, MPer1, Mper2, Mper3, Cry1, Cry2)。综述 20世纪90年代开端,生物钟学开始了跨学科合作。该范畴的研究不单止着眼于某种方式 或是某种现象,而是去寻找其内在的接洽。微生物学,生理学,生态学,心理学和数学为生物钟学供给了主要的支 撑。而生物钟学的研究对象包含植物和动物,还有人。 生物钟学对畜牧业,社会学和医学有重要的意义,如轮班制,药理学,精力病学都离不开生物钟学,
手机定位追踪。行为生理学研究生物钟的大脑机制,提供了生理学基本,
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参考文献
2
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窃听器材 │放火者训令, S. Daan, G.A. Groos, Spinger Verlag ISBN 3-540-11664-8 in englischer Sprache
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Björn Lemmer: "Chronopharmakologie. Tagesrhythmen und Arzneimittelwirkung." Stuttgart 2004. ISBN 3-8047-1304-1
开放分类: 生物,天然,学科