科学生物钟(科普连载)

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    二、人类对生物钟的研究

    发现体力、情绪和智力波动三节律

    人类对于生物钟的关注可以追溯到19世纪末。可直到上世纪初，德国内科医生威尔赫姆•弗里斯和一位奥地利心理学家赫尔曼•斯瓦波达，通过长期的临床观察，揭开了其中的奥秘。原来，在病人的病症、情感以及行为起伏中，存在着一个以23天为周期的体力盛衰和以28天为周期的情绪波动。大约过了20年，奥地利因斯布鲁大学的阿尔弗雷特•泰尔其尔教授，在研究了数百名高中和大学学生的考试成绩后，发现人的智力是以33天为波动周期的。于是，科学家们将体力、情绪与智力盛衰起伏的周期性节奏，绘制出了三条波浪形的人体生物节律曲线图，被形象地喻为一曲优美的生命重奏。到了20世纪中叶，生物学家又根据生物体存在周期性循环节律活动的事实，创造了“生物钟”一词。

    生物钟得到广泛应用

    体力、情绪和智力波动周期即三节律简称人体生物节律，也称生物钟，是科学家们经过对生物医学、心理学的综合研究，经过长期的实践检验，从而总结出的人体体力、情绪、智力运行规律的一种学说。后来，许多国家，尤其是日本、美国、瑞士、加拿大、前苏联等国，该理论应用十分普及，应用的领域也非常之广泛，而且都取得了令人满意的结果。我国自20世纪80年代初引人该理论后，引起了广泛的兴趣和高度的重视，特别在工业安全管理及优生方面已取得了一些应用成果。

    除了日生物钟，生物还存在着月生物钟，比如女性的月经，以及年生物钟，如动物的冬眠，树木的年轮。

    发现生物钟基因蛋白24小时周期奥秘

    在我们生理机制的众多复杂过程都有生物钟的影响。1971年，美国加州理工学院的教授西摩•苯和他的学生罗纳尔德科诺普卡以果蝇为模型，研究可以控制果蝇昼夜节律的基因。他们证实了一个未知基因的变异可以破坏果蝇的生物钟。后来，纽约洛克菲勒大学的迈克尔•杨教授成功分离出这个“周期”（Period）基因，简称Per基因。

    1984年，波士顿的布兰迪斯大学的杰弗里•霍尔 和迈克尔•罗塞布什与纽约洛克菲勒大学的迈克尔•杨教授合作研究果蝇来解释生物钟是如何运作的。后来成功分离出这个“周期”（Period）基因，PER蛋白浓度在24小时周期中波动，和昼夜节律同步。

    发现Per基因是人们认识生物钟的一个良好开端，但是只靠这个基因还是无法解释为何人体具有24小时节律以及在白昼和黑夜有不同的行为的机理。

    后来，迈克尔•杨的又一项研究揭开了其中的奥秘，他发现了又一个生物节律基因，称为DBT基因，DBT蛋白又可延迟Per蛋白的积累，因此，让Per蛋白增加和减少的周期固定在24小时左右。

    1994年，在美国芝加哥北郊西北大学工作的日裔科学家约瑟夫用老鼠实验，发现了哺乳动物的生物时钟基因——Clock基因，才比较完整地解释了人和动物的生物钟。

    综上，哺乳动物的生物时钟是由Clock基因和蛋白、Per基因和蛋白、Tim基因和蛋白、DBT基因和蛋白这4种基因和蛋白共同作用，形成了人24小时生物节律。如果这些基因突变后，会致使我们的生活规律变得混乱不堪，甚至让其昼夜节律完全消失，成为一个“熬夜狂魔”。

后来，很多科学研究都发现，人类方方面面的行为都与生物钟有关。比如，有一种遗传性疾病叫家族性睡眠相位提前综合征，患者生物钟相位与正常人相比显著提前，他们每天晚上7点左右就要入睡，而每天清晨3点左右就会醒来。这种病人显然无法与多数人的作息规律衔接。

    生物钟的研究不断发展

    本世纪以来，随着科学技术的进步，对生物时间属性的研究也有了很大进展。

    首先是:在世界各地，生物时间属性的研究工作受到许多科学家的关注和重视。随之而来，世界范围内的学术交流活动有了迅猛的发展。1937 年国际生物节律学会成立，并在瑞典召开了首届年会。之后，许多国家纷纷成立了分会，其中日本的生物节律协会的工作在世界上有一定的影响。1960年在美国长岛召开的一次专题讨论生物节律的国际性会议上，来自很多学科的200多名科学家进行了学术交流，推动了生物节律理论和应用研究的进展。

    后来的一些科学实验研究也证明了:任何生物体内的器官系统，包括器官、组织、细胞、亚细胞结构都具有生物钟，并运行于生命周期的发生、生长、直到衰老死亡的整个过程。因此，了解和掌握生物钟，对合理支配人的行为，从而提高人类的活动效率有着重大的实用价值。

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三、生物钟的时间属性和健康

生物钟的时间属性

对于研究生物时间属性规律的科学，称为时间生物学。应该说，在人类文明发展的过程中，这门学科已经历了漫长的历史。

这一时期主要有如下进展:首先是确认了生物节律的机体属性，即生物体内的时间属性具有“钟”的特点。并对某些生物的“生物钟”位置作了探索和研究;二是生物的时间属性越来越为科学家们和学术界所重视，生物节律的概念越来越为各阶层的人士所接受;三是对人体内机能的时间属性有了新的发现，并在一定程度上进行了科学实验和研究;四是对生物时间属性的研究，在某些方面已进入了实用阶段，有的成果已在造福于人类。这些成就为时间生物学的深入、广泛的发展，打下了良好的基础。

什么是生命?用基础生物学的术语来说，生命就是能量产生、储存和消耗的循环。这种循环普遍地存在于所有具有生命的组织之中。循环，意味着有规律的周期运动。

夜间过度暴露于光线下导致褪黑素减少影响健康

生物钟对于人类的重要性不言而喻。生物钟一旦被打破，对于人体的影响也是多方面的。如果生物钟被短期打破，可以通过调节扭转。但是如果长时间被打破，那么就会导致代谢疾病甚至肿瘤。流行病学研究发现，夜班较多或夜间工作时间较长的女性，乳腺癌发病率有轻度升高。从癌症预后来看，生物节律紊乱者的预后明显不如节律正常者。对此，一种解释认为，夜间过度暴露于灯光之下会导致褪黑素分泌减少(褪黑素参与调控睡眠、免疫、衰老等多方面生理活动，其分泌具日节律，夜间达到最高浓度水平)，从而增加了癌症易感性。但褪黑素的减少究竟是如何增加癌症易感性的，科学家们尚未找到肯定的答案。

比如，人体内生长激素，在孩子熟睡的时候分泌最旺盛。可见，内分泌系统存在昼夜纪律性。而患有心血管疾病的病人，往往在凌晨身体快清醒的时候最危险，因为，那时生物钟处在比较低潮的时候。

生物的周期受“生物钟”制约

在认识大自然的过程中，人们发现:每种生命物质的运动，无论是单细胞的生物，还是高等动植物，甚至结构复杂的人类，其行为和生理功能都具有一定的节律性，即周期性，掌握和控制生物的这种周期，不仅对了解自然和人类自身有深远的理论意义，更重要的是对于保护、发展人类和造福人类有着显著的实用价值。

周期也是大自然最简单却又深奥的规律。谷物周期性地生长、收成;侯鸟定期地南来北往;牵牛花每天在破晓时开放;招潮蟹每逢潮汐将至，就准时来到海滩上。从太阳的活动周期到物质最基本单元——原子振动;从四季的变更到昼夜的交替;从植物的春华秋实到动物的寻偶交配;从人体心脏的跳动到生物体内复杂的新陈代谢过程，无一不是有节律地进行着。自然界的生物在行为、生理功能甚至形态结构等方面的周期性变化，就是其“生物钟”制约的结果。

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四、生物钟的应用

让生物钟掌控我们的生活

顺应自然，遵循生物钟，是人类健康生活最好的选择。可是，随着人类社会的不断发展，电灯的出现，大大延长了白天的时间，也让夜生活变得丰富多彩，人们的生活开始变得没有规律，甚至日夜颠倒。或许有人说，我们的身体已经适应了晚睡晚起的生活，不会有问题，说不定是大自然要我们进化出另一套生物钟系统呢?

有专家认为，我们目前的生物钟是人类进化了几百万年后的结果，任何强行扭转生物钟的行为都是不科学的。所以，从人们的健康角度来看，遵循古老的生物钟规律，养成良好的作息习惯很有必要。

熬夜导致生物钟紊乱和各种疾病

众多研究发现，我们身体内共用一套非常相似的昼夜节律调控机制。在我们的一个昼夜当中，我们身体的体温、脉搏、血压、激素、耗氧量等都随时间的更替变化而变化，有些还呈现出很强的周期性。现在科学研究表明，生物钟调控着人体的健康。如果人们不按生物钟作息、生活和工作时，工作效率会很低，还有可能导致肥胖、糖尿病、高血压、抑郁症和肿瘤等其他复杂疾病。

长期的熬夜会引发我们的生物钟紊乱，可引发身体增重、超重，抑制免疫力，诱发糖尿病、心脑血管疾病等，科学研究发现，三班倒的职业人群患2型糖尿病的几率比普通人群高。经常熬夜，违背作息规律，就会造成我们的生物钟紊乱，导致睡眠障碍、饮食不振等问题；更甚者还易感染或加重病情。

尤其是凌晨时间段，人体的血液流速会变慢，容易产生血栓。如果经常熬夜，影响身体的正常休息机制，会诱发心脑血管疾病，所以建议大家入睡时间不晚于23点。

生物钟的研究造福人类

人类研究生物钟的根本目的在于利用它们造福于自己.几十年来，在这方面已取得了显著的成就，，现代对生物钟的研究，已进入了实用的阶段。

在医学方面，根据人体生理及其机能的时间节律性，进行择时治疗、择时诊断、及时护理、定期免疫、定时营养的手术。择时针制、择时用药等对于医疗临床郊果，都有着显著作用。

在农牧业方面，根据动植物的生物钟规律，改变和调整其生长环境和条件，对增加产量和防止病虫害有明显效果，如对某些农作物，改变光亮和黑暗条件，可实现一年两熟从而提高产量;缩短黑夜时间，可以使母鸡多生蛋，使用人造光源可使全年鸡蛋产量保持在夏季水平;通过减少黑夜时数，能延长牛羊的发情期，从而提高牛羊繁殖量;针对昆虫的习性，选择其一天中或一年中的活跃期，喷洒农药和灭虫

剂，可提高灭虫效率。

由于人体生物钟的发现，为人们科学安排作息时间提供了依据。这方面的实际应用包括:提高工效、促进优生、避免事故、防止疾病、指导训练、竟赛、手术等等。

但总的说来，人类对生物时间属性的研究和认识还处于最初步的阶段。自然界的生物体，包括人类自身，还有很多奥秘需要人们去揭示、去探索。

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图n01.中国特色的花钟由14种花组成

（文字详见第三章 植物生物钟/）

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第二章  动物生物钟

一、毛驴报时 动物“钟表”

毛驴报时辰

在我国黄海，有个美丽的长山群岛，这里生活着同普通驴一样的毛驴，所不同的是，它们每隔一小时就会“呜哇”、“呜哇”地叫一次，如果这时你看看表，分针一定接近十二，最多相差也不过三五分钟，驻守在岛上的战士们值勤换岗，常常听驴叫来掌握时间。

这是怎么回事呢?有关部门经过考察证实，这是自然界一种生物钟反应现象，就和公鸡每天早晨定时报晓一个道理。

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图 毛驴鸣叫报时辰

动物的“钟表”

像毛驴报时一样，现在已经知道，生物钟五花八门，多种多样:有和昼夜相适应的日钟，有和潮汐相适应的潮汐钟，还有和地球公转、季节变化相适应的年“钟表”。正是这些生物钟，使动物能在大自然的怀抱中,正常地生活、觅食和活动。

在江南的田野上，鸟儿都是按时“起床”的：东方欲晓，公鸡就一跃而起，首先“引吭高歌”；接着，鸭群苏醒了，争先恐后地发出“嘎嘎”声；隔一会儿，一种白脸的山雀醒来了，它的鸣声尖锐清越，就像带有颤音的笛声；没多久，早起的麻雀也吱吱喳喳地喧闹开了；白头翁喜欢睡懒觉的，金色的阳光早已普照大地，它们才慢腾腾地放开歌喉……

夏日傍晚，沉沉暗去的天空，突然出现了许许多多蝙蝠，好像有什么号令，一下子把它们从古庙阴暗的角落、湿漉漉的山洞或者密不透光的树丛里唤了出来。而在山村入暮时分，人们常常可以听到猫头鹰凄厉的鸣声，每天几乎总在同一个时候。

大自然为每一种动物安排了一张“作息时间表”。猪、牛和羊等家畜总是在白天活动,可是猫却喜欢在白天睡大觉。每当夜幕降临,猪、牛和羊开始人睡时，猫才伸伸懒腰，活跃起来了。猫头鹰是典型的夜行动物。它白天睡觉，晚上醒来变得很活跃。

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图 猫头鹰喜欢夜间捕食

鸟类和哺乳动物的生物钟在脑下松果体里

生物钟在动物体内的什么部位?它们又是怎样起作用的?这是科学家正在努力探索的课题。一般认为，生物钟是通过激素或中枢神经系统起作用的，它们的作用类似于古代计时的漏刻，或物理学中具有周期性变化的振荡器。然而，不同的动物,它们生物钟的位置是不一样的。蟑螂是众所周知的夜行昆虫。目前人们已在它的咽下神经节找到了控制生物钟的物质，这是一群神经分泌细胞，位于神经节的侧面和腹面。这团神经组织有规律地生成控制蟑螂活动的激素，使之维持一定的生活节律，白天睡觉，夜间活动。

近年来发现，鸟类和哺乳动物的生物钟，就在脑的下方,形如松果的松果体里。一到黑夜，鸡的松果体细胞便分泌一种叫黑色紧张素的激素,使鸡知道该去睡觉了。如果摘除一只麻雀的松果体,这只麻雀每天的活动周期就消失了，这时若将别的麻雀松果体移植进去，它的活动周期便恢复了。

动物感知时间靠生物钟

高级脊椎动物（哺乳动物和鸟类）认不出钟表上的8点或者12点。但它们拥有一张内在的时间表，给予自己十分精确的时间参照，即生物钟，它使得奶牛在固定的时间人聚集在栅栏门口，或者让鸭子知道是时候该呱呱叫来提醒主人喂饲料了。但是没有任何实验能证明动物对于一段时间的长短能判断。正如狗分辨不出究竟自己在门口等待了主人是15分钟还是几个小时。这证明无论主人让宠物等待多久，最后总是能受到相同的热情欢迎。

夜行动物醒来是因为它们适应黑暗的缘故，夜行动物知道在夜幕降临时醒来;孵化的虫卵形成幼虫,知道什么时候钻出卵壳;做茧的幼虫变成成虫，知道什么时候钻出茧壳。某些鸟知道什么时候移栖;某些哺乳动物知道什么时候冬眠。这是动植物为了在经常变化的恶劣环境中生存下来，就必须具有一定的办法来确定已经到了一天之中的什么时辰和一年之中的哪个季节。更重要的是，动植物为了生存，就必须具备某种知觉，能预先感觉到环境将要发生变化。

科学家们一致认为，动植物的生理机能和生活习性好象受着某种内在时计的控制。这种神秘的时计称为“生物钟’。

鸟类和哺乳动物的视神经对光的敏感性与节律有关系

值得注意的是，鸟类和哺乳动物的脑下腺都长在紧靠视神经的地方，可以受到光的刺激。动物的昼行和夜行节律与它们对光的反应科学家们认为可能有关。

例如，我们知道，哺乳动物血液中某些白血球的数量有着明显的节律性变化。这些血球的数量在夜间增到最高，白天降到最低。血球的这种节律可以追溯到从不同腺体分泌出来的几种激素的连锁反应。激起连锁反应的腺体长在视神经附近。哺乳动物的眼睛所接受的光的多少很有可能以某些方式控制着血液中这些白血球的数量。

眼睛是全身对光最敏感的器官。日光照射时间长短的变化会引起眼细胞的变化。眼睛的这些变化反过来又影响着传人丘脑下部的神经

冲动。丘脑下部是脑子的一一部分，控制着身体的许多机能。丘脑下部的某些神经细胞控制着位于它的底部的脑下腺的活动。于是，脑下腺的分泌物刺激位于脊椎附近的肾上腺。释放到血液中的肾上腺激素引起身体的变化，是光在影响生理变化方面起着某种作用,这种作用是以一种非常间接和复杂的方式通过眼睛实现的。

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg图n1鸟对光敏感性用眼睛调节

动植物对温度变化和季节性节律与光线有关

就动物来说，科学家们往认为，它们能否得到所需特定食物是引起变化的原因。过去曾认为，蝴蠑和蛾的幼虫在秋天变成蛹是由于气温降低和它们喜欢吃的叶子这类食物减少，寒冷引起树的变化，如秋天树叶变色、脱落等等。但是现在已经知道，动植物生活的这种变化实际上是对光照时间长短和强弱变化的反应，而不是对温度变化的反应。动植物都有控制内在过程的感光器。对植物和简单动物来说，受光照射的细胞起着感光器的作用,复杂一些的动物，则是由眼睛感光的。

根据用动物做的实验结果，似乎可以假定，动物的光照期效应是对光照时间长短的反应。但有一些动物正常的生活周期需要有最起码的黑暗期。对一种蚕所进行的研究表明,这种蚕至少要有八小时的黑暗期,不然它就不作茧。玉米螟虫对于这种时限也有同样的反应。它们至少要在黑暗的地方呆上十小时，不然就不会休眠。在进化程度上比较高级的动物同样也可能需要最起码的黑暗期。

人们也曾用各种波长的光照射过各种动物，看看对它们的节律有没有影响,单细胞动物草履虫的交配节律受白光影响。在正常情况下草履虫只能在白天交配。但是，如果把它们持续地放在黑暗处，它们能在任何时间交配。

在另一些实验中，人们让生长着草履虫的一系列培养基分别受到不同波长的光的照射。结果发现，某些波长的光也能改变草厦虫的交配节律。这说明不仅白光、而且某些其他颜色的光也能影响用脱氧核糖核酸分子合成蛋白质的过程。如果受到色光的干扰，整个周期就要重新安排，重新开始，但却是在一天之中的不同时间开始的。还有些实验是让蝙蝠暴露于各种颜色的可见光中，证明光的颜色和我们已经了解的蝙蝠体温的节律性起伏有某种关系。

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二、动物皮肤生物钟和轮虫休眠 ! o; Z' G8 _2 ~, ?  V 7 p1 x7 g2 ?% H# W3 x 哺乳动物皮肤组织存在生物钟 据2001年4月18日新民晚报报道：日本神户大学冈村均教授在13日的美国《科学》杂志上发表论文说，哺乳动物的皮肤组织里存在生物钟，而且与脑内的生物钟步调一致。这一发现有可能用于诊断由生物钟紊乱导致的各种病症。 这位科学家在对老鼠的实验中发现，老鼠的皮肤粘接组织的成纤维细胞里有大量的生物钟基因存在。他把存在于脑丘下部的生物钟叫做“母钟”，把皮肤等组织细胞里的生物钟称为“子钟”。他还发现，子钟和母钟连动，而且作用机制也相同。据认为，包括人在内的各种哺乳动物的生物钟结构与机制大致相同。 冈村教授表示，他还要对这一发现作更进一步的研究，以揭示母钟控制子钟的机制以及为什么会有子钟基因存在等现象背后的原因。 轮虫会休眠 生物在一定条件下会休眠。荷兰的安东尼·列文虎克是位勤奋的科学家，他曾在自制的显微镜下看到了人们从没见到过的生物界的秘密。他把认为不可能有任何生命存在的干燥沙土弄潮湿，不久他从显微镜下看到了其中极小的生物——轮虫的活动。他又把经阳光曝晒过的沙土用纸袋封起来，过了整整21个月，然后让沙土潮湿，使他惊奇的是：轮虫又出现了。于是他在1701年提出假说：“生命可以像钟表一样停下来，而潮湿便是钟摆。如果摇动它一下，生命的时钟便会重新开始走动。”其实，列文虎克这里所发现的就是生物在一定条件下的休眠现象。     也许是受到列文虎克“生命像钟表”一说的启示，科学家现在常借用“生物钟”一词来研究生命的种种现象。 三、老鼠生物钟时刻表 据2004年7月21日《新华网》老鼠体内有一只24小时按照程序严格运行的生物钟。这些生物钟根据光线明暗变化，在早晨和黄昏那种变化很大的时刻提醒生物应该做什么或者不应该做什么。老鼠通常习惯于黑暗的夜间活动。然而在夜间给他们以灯泡照明，它们几乎不受影响地继续活动，证明自己体内的确有生物钟控制。 美国医学家施沃兹的试验证明,老鼠胎儿的生物钟至少在出生前的3天就已起作用了。由鼠及人,他相信新生儿在妈妈肚子里。日本科学家根据老鼠体内一些基因的活动情况编制出老鼠的正常生物钟“时刻表”。如果此方法能运用到人体,则可以轻而易举地发现人体生物钟的错乱,有助于失眠、忧郁症等疾病的诊断和治疗。     生物钟根据大脑的指令，调节生物体全身各种器官以24小时为周期发挥作用，从而决定生物体睡眠和清醒的时间。此次由山之内制药公司研究员上由泰己领导的研究小组用DNA芯片破译老鼠肝脏内的多数基因时，发现有168种基因的活性在白天和夜间发生周期性的改变。研究人员根据每种基因不同时间内“开启”和“关闭”的情况制成正常生物钟“时刻表”。这种“时刻表”可以帮助检测不同老鼠体内的生物钟情况。检测时，只需从老鼠的肝脏中取出基因并用DNA芯片加以破译，检测出他们的活性，然后与“时刻表”对照，就可以发现被检测老鼠体内的生物钟比正常生物钟走得快还是慢。 为给人体的正常生物钟制成“时刻表”，研究人员计划提取人体口腔黏膜细胞、血液中的白血球等进行检测。但此实验相当繁琐，接受实验者必须频繁采血，并被隔离检查两天以上，因此到目前为止还没有实验结果。                             图老鼠喜欢夜间活动 6 A4 ~- q* i# h7 l  W/ D- \ ; Q" |$ H3 J* }

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四、大猩猩也有更年期

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据2005年12月23日一份美国研究报告称，雌性大猩猩也有更年期。这个发现可能有助于动物园更好地照料高龄雌性大猩猩，还可能改变进化生物学家对人类更年期的理解。研究人员通过观察17个北美洲动物园里的30只大猩猩，得出这份被认为是世界上第一份记录雌性大猩猩更年期的报告。

　　研究人员通过分析雌性荷尔蒙水平判断大猩猩是否正在经历更年期。报告作者之一、原芝加哥布鲁克菲尔德动物园研究员休·马戈利斯说，目前他们还不能衡量大猩猩是否像人类那样在更年期中有爱发脾气等现象。

詹妮、夏玛巴、蒂姆波、贝塔和伊莱恩都是动物园里的大猩猩，它们和人类中的千千万万女性一样：都有更年期。芝加哥的布鲁克菲尔德动物园是世界上首次对大猩猩是否有更年期进行证实。

　　研究人员认为，此项研究的结果可以提高各动物园饲养年龄大的母猩猩的能力，同时也会改变进化生物学家们对人类更年期的认识。大猩猩更年期研究项目的主要参与人、前布鲁克菲尔德动物园研究员休·玛戈丽斯现在是芝加哥“林肯公园动物园”的灵长馆馆长，他说：“(更年期)的大猩猩也有潮热吗？它们也会经常发脾气吗？我们现在还不能测出这些东西，但是给我们时间。”

　　许多生物学家认为更年期可以使人类的祖母能有更多的时间照顾自己的孙儿孙女。新的研究结果却对所谓的“祖母假设”提出了质疑，因为荒原上的母猩猩经常在迁徙中离开家人，她们不必照看自己的孙儿孙女。所以说，这可能不是进化适应的原因，而仅仅是因为人类，还有被饲养起来的猩猩，活的年龄更大了。新的研究结果会使进化生物学家认真考虑这对人类意味着什么。

　　51岁的詹妮可能是世界上最老的大猩猩，她生活在达拉斯动物园。玛戈丽斯和同事们对詹妮等30只大猩猩的荷尔蒙进行了测试，结果发现年纪比较大的大猩猩中，23%都经历过更年期。另有32%也连续几个月表现出不规律的荷尔蒙特征，这表明它们可能也在接近更年期。

　　大猩猩更年期后的平均年龄是44岁，在美国，妇女的更年期大约发生在51岁左右。

                      五、动物也有“年轮”

科学家发现动物也有年轮

年轮一直是树木的专用术语。近年来，其实人和动物甚至地层也有年轮，科学家发现不少动物的年轮大都通过钙化的背甲、牙齿、鳞片、外壳等部位表现出来。

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最引人注目的是龟鳖的年轮，从龟鳖背甲上只要看一看各盾片上环数有多少，就立即知道其实际年龄。牛、马的年轮与龟鳖不同，它反映在牙齿上，有饲养牛马经验的人，看几眼牛马的牙口，就能迅速而准确地说出牛马的岁数。享有“海底之花”美誉的珊瑚，它的年轮则是表壁上有粗细之分的规则环形条纹，每一条纹为一岁，条纹愈多，年龄愈大。

                  
  

                          图n2看龟甲盾片环数知其年齡

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龙虾和水生动物的“年轮”

2012年12月4日 据国外媒体报道，科学家发现了一种通过数龙虾“年轮”来测定龙虾年龄的方法，就像数树的年轮一样。在此之前，科学家通过龙虾的大小和其它的特征来推断龙虾的年龄。现在，科学家了解到龙虾以非常隐蔽的方式每年生长出一圈类似树木年轮一样轮结构。

一直以来，科学家知道普通鱼类内耳中骨头上的生长轮能反映它们的年龄、鲨鱼的年龄可通过脊柱上的生长轮来判断、贝类的年龄可通过外壳上的生长轮判断。

但龙虾的年轮隐藏的非常隐蔽，因为它们看起来缺乏任何永久性的生长结构。人们之前认为，当龙虾蜕皮的时候，它们会丢掉所有长有生长带的钙化身体部分。由于龙虾随着年龄的增长不会丧失生殖能力，也不会出现器官老化的迹象，因此没有人确切知道它们究竟能活多久，一些人猜测它们可以活到100多岁。

克拉达教授通过仔细研究龙虾、雪蟹、北方虾和雕刻虾发现：这一类物种的生长轮可以在它们的眼柄中找到（眼柄是连接身体和眼球的部分）。对于龙虾来说，还可以在胃磨中发现生长轮（胃磨是胃的一部分，有3个像牙齿一样的结构用来碾碎食物）。

为了观察龙虾的生长轮，科学家切开它的眼柄和胃磨并做成切片，然后放在显微镜下观察。克拉达经过研究发现，他所研究的龙虾样本的年龄在16或17年的样子。他估计在自然界中存在60年或70年的野生龙虾。

年轮证明最长寿动物蛇可活20万年

古生物学家发现 3 亿 5 千万年前的珊瑚虫每年画”出 400 幅“水彩画”。天文学家认为 ，当时的地球一天只有21.9小时 ．一年不是365天，而是4O0天。目前地球上最长寿的动物不是乌龟，而是蛇 。生物学家在南太平洋的深海发现了一条“绿茸线蛇 。它像树木年轮一样 ，在尾部有一个显著的环圈，现在身上1687个环圈。根据环圈判断，这条蛇已在深海中生活了1687年。更令人惊奇的是，经过验证，这条蛇还是一条幼蛇，相当于人类的婴儿时期。如果以人的寿命来推算，这条“绿茸线蛇”还能再活20万年。

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六、分秒不差的生物钟仙企鹅

澳大利亚南部港口城市墨尔本南面有一个菲利普岛，被称为仙企鹅的“天堂”。每当仙企鹅登陆时，都会吸引大批的旅游观光者。仙企鹅俗称"小企鹅"，身体轻巧而得名。它动作既轻盈敏捷，又滑稽可爱，很受人们的喜爱。仙企鹅有很强的组织纪律性，经常排队前进。它最有名的是它自带"生物钟"，能知道时间。

海滩上竖着一块牌子，上面写着"企鹅8∶05 P. M. 准时登陆。"人们一开始还不太相信，企鹅怎么会知道时间呢？可是说来也怪，每天的8时5分，总是有企鹅登陆。企鹅登陆的样子十分滑稽：首先是一个"领队"大摇大摆地出现在狂风巨浪之中，紧接着"先头部队"顺利登陆。后面的部队不断地登陆，显得那样有秩序。它们或3个一排，或5个一排，十分整齐。登陆总共要用40分钟左右，场面十分壮观。在一旁看的人们时而捧腹大笑，时而兴奋的手舞足蹈。

仙企鹅繁殖能力较低，一次只下2~3个蛋，成活率较高。虽然仙企鹅数量并不少，也不是珍稀动物，但数量有下降的可能与趋势，所以我们还是应该保护它，让它的可爱永远存在陪伴着我们！

游客们要看仙企鹅登陆“表演”，首先什么时间准时登陆的。如果告示牌上写着：“本月仙企鹅登陆时间为下午8时05分”，那么时间一到，第一只仙企鹅就会分秒不差地从惊涛骇浪中游出来。当这个“总领队”登上沙滩后，紧跟着便是大约50只由它率领的“众伙伴”鱼贯登岸“表演”，仿佛千军万马在接受人们的“检阅”。每一夜可通过2000只左右仙企鹅，其场面壮观，气势非凡，令人叫绝。凡到过澳大利亚墨尔本的人，谁都不愿错过欣赏这一奇观的机会。

仙企鹅是一种稀罕的鸟类。它退化了的短小双翼，已经不能带动身躯在天空飞翔，但却能凭借这双翼在水中迅速游动，使它成为游泳

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能手。仙企鹅走起路来摇摇晃晃，加上它那洁白的胸脯和深灰色或黑色的背部与头部，活像穿着燕尾服的绅士！

夕阳西下，时过黄昏，沙滩上人山人海，人们排成两行，中间是海滩。岸上配有数盏照明灯。参观完企鹅登陆表演，夜深了，人们却不愿离去。以惊奇的目光看着如此一队又一队的仙企鹅在这个地方登陆。

图n3.菲利普仙企鹅8:30准时登陆

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        七、鸡有生物钟能“司晨”

鸡能啼晨，古人称之为“司晨”

在中华传统文化中，“鸡文化”占有重要地位，因为鸡能叫鸣，对古人生活的影响很直接。明代李时珍《本草纲目.禽部》“鸡”条引南唐人徐核的话称：“鸡者稽也，能稽时也。”鸡守时且鸣叫准时，鸡鸣了天就快亮了，由此，古人送给鸡不少美称：夜烛、司晨鸟、知时畜、长鸣都尉等。

鸡能啼晨，古人称之为“司晨”。鸡这一习性，对农耕时代的古人具有重要意义。《诗经》中有这样的句子“女曰鸡鸣……”：妻子说鸡打鸣了，赶紧起来干活吧。可见，先秦时人们已开始利用鸡鸣来安排作息了。国君也以“鸡鸣”为时间节点安排作息。《诗经》中的《鸡鸣》就有贤妃提醒国君早朝：“鸡既鸣矣，朝既盈矣。”周朝还专设“鸡人”掌管供办鸡牲和报时，后来宫廷中负责打更报时的人被称为“鸡人”。但古人认为母鸡打鸣是不祥之兆，会有“鸡祸”。在古代，女人干政或主政，常被称作“牝鸡司晨”。《汉书.五行志》引《易传》的话：“妇人专政，国不静；牝鸡雄鸣，主不荣。”

古人还以鸡鸣励志，现在不少人书房里都喜欢挂“闻鸡起舞”字画。《晋书.祖逖传》记载，祖逖和刘砚“共被同寝”，夜半听到鸡叫声，对刘砚说：“此非恶声也。”便踢他起来一起舞剑健身。

生物钟控制公鸡打鸣

尽管公鸡在天亮前的打鸣好像和闹钟一样规律，然而禽类因何会被驱使着预报黎明的难题一直没有答案。毕竟公鸡不会在一天的任何时间随意打鸣。2013年3月的一项研究显示，日本科学家揭示了造成这一现象的原因。为搞清公鸡只是因应对外界刺激而报晓，还是受到了基于昼夜节律的内在驱动——24小时内的周期性行为，该研究团队将一群鸡放入一个房间，并持续施加昏暗的灯光，追踪一个月内这些家禽的鸣叫。

雄鸡报晓图

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试验结果显示，尽管缺乏日常光明与黑暗的循环，这些禽类此起彼伏的喧闹确实由其内在的生物钟所控制。然而，随着时间的延长，它们的鸣叫变得散乱，表明在适应了新的昏暗光线环境后，它们的生物钟节奏最终消失了。

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八、看鱼鳞知鱼龄和鱼报晓 : F9 S6 Q, q, F2 \/ o1 ?8 ` - }8 _3 j! x# k- ]7 |2 i2 j5 i1 C 看鱼的鳞片便知鱼的年龄 从鱼的生长规律中我们可以知道,大多数的鱼在生命开始的第一年,全身就长满了细小的鳞片。鳞片由许多大小不同的薄片组成,中间厚,边上薄,最上面层最小,但是最老;最下面一层最大,但是最年轻。鳞片生长时,它表层上就有新的薄片生成,随着鱼的年龄増加,薄片的数目也增加。一年四季中,鱼的生长速度不同，通常春夏生长快,秋季生长慢,冬天则停止生长,第二年春天又重新恢复生长。鳞片也是这样,春夏生成的部分较宽阔,秋季生成部分较狭窄,冬天则停止生长,宽窄不同的薄片有次序地叠在一起,一个接一个,形成许多环带,叫做生长年带。生长年带的数目,正好和鱼所经历的年数相符合。春夏生成的宽阔薄片排列稀疏,秋季生成的狭窄薄片排列紧密,两者之间有个明显界线,是第一年生长带和第二年生长带的分界线,叫做年轮。年轮多的鱼年龄大,年轮少的鱼年龄小。所以看鱼鳞,根据年轮的多少,就能够推算出鱼的准确年龄来。 利用鱼的鳞片测定鱼的年龄已被普遍采用,但不是惟一的方法,因为有的鱼没有鳞片,因此,对鱼类年龄的辨别还利用鱼的脊椎骨、鳃盖骨、耳石等等作为观察的材料。观募的方法和现察鱼鳞差不多,都是利用鱼类由于不同生长时期而形成的年轮来确定年龄的大小。 图n4.鱼鳞片上同心圆知鱼类年龄 - R$ t) D  C1 z: e) q1 D 鱼类的年轮多而不同 大自然年复一年的周期变化，决定了鱼类生长的快慢，而鱼的生长状况便在鳞片上留下了真实的痕迹。春夏时节，鱼儿的食饵丰富，水温又较高，正是生长旺季，鱼儿长得快，鳞片也随之长得快，便产生很亮很宽的同心圈，圈与圈的距离较远，这是“夏轮”。进入秋冬后，水温逐渐下降，水域中食饵减少，鱼儿的生长放慢，鳞片的生长亦随之放慢，产生很暗很窄的同心圈，圈与圈的距离较近，这是“冬轮”。这一疏一密，就代表着一夏一冬。等到翌年的宽带重新出现时，窄带与宽带之间就出现了明显的分界线，这就是鱼类的年轮。 生活在水中的鱼类是个庞大的家族，它们大都有年轮而表现又有所不同。如产于我国东北的大马哈鱼，它的年轮在鳃盖骨上；鲨鱼的年轮在背鳍棘上；著名的大小黄鱼的年轮则在耳石上。此外，一般鱼类的年轮记录在鳞片上。你若仔细观察，会发现上面有许多同心的环纹，一个环纹代表一年。 鱼类学家已利用鱼类的年轮，测定出一些鱼类的生命极限：鳊鱼5岁，鲫鱼25岁，观赏金鱼30岁，鲤鱼45岁，鳗鲡50岁，鲇鱼可活100岁，狗鱼的寿命可高达250岁以上。 图 看鱼鳞知鱼龄 鱼会"报晓" 用歌声迎接日出日落 据英国《泰晤士报》网站2016年9月22日报道 科学家发现鱼类也能像鸟类一样，用歌声来迎接日出和日落。他们使用水下麦克风记录了澳大利亚西部黑德兰港附近水域的声环境。他们在记录过程中发现，就像陆地上的森林一样，在一天的各个时段，水下也会传来不同的合唱声。这些声音包括大黑鲈鱼发出的喇叭声和某种鯻鱼发出的呼噜声。 研究人员还对鱼类、鲸鱼及其他海洋哺乳动物发出声音的方式有了更深入的了解。声音记录的条数正在迅速增加，据认为，有800种鱼类能够发出声音。澳大利亚西海岸水域的情况也不例外。从生物学角度而言，这是一个非常嘈杂的地方。尽管海洋哺乳动物发出的声音信号多有记录，但鱼类发出的呼叫声和合唱声也对当地的声音景观有不小的贡献。 由于声音能在水下传输几百米远，研究人员无法识别每首歌的具体声源。英国埃克塞特大学的史蒂夫·辛普森说，尽管如此，水下的情况与地面上的同步，这一点是很清楚的。“合唱发生在黎明和黄昏时，就像森林中的鸟类一样。” + X7 I0 _8 u/ S9 W! t! o% [. M- } 九、三趾树懒是代谢最慢动物 谁说懒惰是一种罪孽？2016年11月，美威斯康星大学麦迪逊分校的科学家在对三趾树懒进行了7年的研究之后，得出结论：就新陈代谢的速度而言，这种居住在树上的动物是地球上最慢的哺乳动物。生态学家乔纳森·保利说：“我们曾预想它们会有很低的代谢率，但我们发现它们对于能量的需求极低。” 为了取得这一结论，保利和他的同事M·扎卡赖亚·皮里测量了生活在波多黎各的10只三趾树懒和12只两趾树懒（三趾树懒的一个变种）的代谢率，并把结果与对于19种其他食叶类哺乳动物物种的研究结果进行对照。三趾树懒的代谢率为每天每公斤体重162千焦，其对能源的需求低于树袋熊，后者每天每公斤体重的能量需求为410千焦。与此同时，两趾树懒相应的能量消耗值为234千焦。大熊猫是唯一接近于最慢哺乳动物头衔的竞争者，其代谢率为185千焦。 研究存在一整套的行为、生理和解剖学上的环境适应，使得树懒可以在中美洲和南美洲的丛林树冠中过着活动量最低的生活。例如，它们的活动范围很小，大部分时间被用来进食、休息或睡觉。它们还拥有调节体内恒温机制的罕见能力。保利解释说：“它们稍有些异温性，因此可以让体温在上下大约5摄氏度的范围内波动，以便与外界温度一致。通过放宽体温的活动范围，它们在能量输出方面可以有很多的节省。” 2 |& g) U+ n0 g1 B  l . f* t$ Y+ S. U9 R$ ]* K 0 g% i" Y( B: Y$ X: N/ r

石在

十、昆虫钟点工           用鼻涕虫灭霉菌 据人民网2005年1月10日消息 澳大利亚博物馆的博物学家马丁·罗宾逊一家住在悉尼北郊一幢老砖房里。让罗宾逊受不了的是，房子里总是潮乎乎的。最糟糕的是卫生间，到处都发霉长毛。一天，他终于找到了好帮手———鼻涕虫。罗宾逊之所以选上这种普通人不敢恭维的小动物，是因为它们嗜吃霉菌。一个朋友说曾亲眼看到鼻涕虫吃霉菌，他便灵机一动，何不试试呢？ 　　于是，他从花园里找来一群鼻涕虫，把它们放进卫生间里。这一招果然管用，虽然它们无法彻底消灭霉菌，但情况已大为好转，罗宾逊只需稍稍动手就能把卫生间弄干净。鼻涕虫性喜群居，昼伏夜出。罗宾逊在一只陶罐上打上几个小孔，把鼻涕虫放在里面。每天晚上，它们就从这些孔里爬出来，开始给罗宾逊的卫生间“打扫卫生”。到了拂晓时分，它们又缓缓爬回罐里休息。    用生活习性与普通蚊子不同的巨蚊灭蚊 夏秋季节，蚊子自然少不了。对付这种可恶的害虫，多数人是喷灭蚊药、点蚊香等。这些方法虽然管用，但对人体健康却有一定的影响。罗宾逊的方法却与众不同。他让金色圆球蜘蛛在门上结网，然后把网移到蚊子可能入侵的地方，如窗口，蚊子飞来只会自投罗网。此外，还有很多动植物能帮忙，如蜻蜓、蝙蝠、池塘里的青蛙、花园里的猪笼草、茅膏菜等。最绝的莫过于以蚊灭蚊了。世界上有好几种巨蚊，它们的生活习性与普通蚊子迥然不同：幼虫时，它们疯狂捕食其它种类的蚊子幼虫；成年后，它们不吸血，而是吸食植物的汁和花蜜。据说，一只巨蚊幼虫在成年之前能吃掉400只其他种类的蚊子。自从请来巨蚊后，罗宾逊家的蚊子已“濒临灭亡”。                 4 p( D. n. w2 H1 y                           图n5.调整生物钟消灭蚊子 2 h2 z* z9 E4 o7 w( P& i& A " M9 A* Z, p5 P( }: ?2 i0 J       “生物护城河”对付蟑螂 悉尼暖湿的气候不仅适合霉菌生长，蟑螂也很喜欢。在这种环境中，它们能迅速、大量地繁殖。对付蟑螂，作为博物学家的罗宾逊也自有一套。他构筑了好几道生物防线。第一道是土生的叶尾壁虎，它们在罗宾逊砖房外的四周活动，组成一道“生物护城河”，蟑螂要进屋得冒着被吃掉的危险。进屋后，蟑螂又会遇到第二道防线———沙发石龙子。沙发石龙子白天躲在沙发后，晚上出来觅食，蟑螂、蜘蛛、蠹虫等都是它们的美味。侥幸从叶尾壁虎那里“虎口逃生”的蟑螂根本不够沙发石龙子填肚子。 7 {1 S( x6 l$ M 4 s: N+ A+ s6 T: `" k+ u& A

神都好人

石在老师你好、科学生物钟认真拜读了！