科学生物钟(科普连载)

石在

十一、植物知道时间区分色光

植物知道时间经历“时差反应”

植物能用蓝光受体控制生物钟。当你漫步公园、凝视盛开的玫瑰，为它们的美丽而打动时，你是否想过，玫瑰也能看到你?科学研究表明，人类与植物的共通之处远比我们想象得要大。

在一间完全黑暗的屋子里,点燃一盏很小的煤气灯,过几小时花盆里的植物就明显地向灯光弯曲过去。植物能够察觉到光，它们知道什么时候是正午，什么时候太阳将要落山，以此调整作息和生长速度。它们还知道是否有别的植物长过了它们的头顶，遮住了光合作用所需的光。植物的“视觉”有时候也会给它带来困扰。像动物一样，植物含有叫作隐花色素的蓝光受体，可以根据光照来控制生物钟。一棵正常情况下在傍晚合拢叶片的植物，如果人为地改变它的昼夜周期,那么它的叶片会在早晨合拢。这时植物也会经历“时差反应”，尽管它们不会发脾气。

植物能够区分多种色光

植物能用水杨酸帮助其避免感染。被毛虫侵害的柳树叶子会释放一种气体信号，警示那些未受损伤的树木去保护自已。而被细菌侵害的叶子会释放另一种叫做水杨酸甲酯的气体。水杨酸甲酯在结构上和水杨酸非常相似，可以说，水杨酸在植物和人体内的功能也是相似的:植物用水杨酸帮助其避免感染，而当我们遇到引发疼痛的感染时，自古以来就应用水杨酸治疗。早在古希腊，人们就知道从柳树皮提取能够缓解疼痛和退热的苦味物质，也就是水杨酸。

现在我们又应用了其现代衍生物阿司匹林。植物能够区分红光、蓝光、远红光和紫外线，能够对空气中飘散的微量挥发物产生反应，还能记住过去的感染然后根据这些记忆改变当下的生理状况。那么，植物有“意识”吗?

我们始终要牢记，植物没有神经系统,植物和人类的整个感觉体验是有本质区别的。人类只不过是增加或减少植物生存和繁殖成功概率的众多外部压力之一罢了，植物不会对人类个体产生意识。在我们和植物之间，意义的流向是单向的。

柳杨依依

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LIJU

石在 发表于 2022-11-21 10:28
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石在

    十二、植物也知阴晴

    花儿知晴雨，草木报天气

  “人不知春鸟知春，鸟不知春草知春。”人们发现，不仅许多动物有洞天察地的本领，而且一些植物也有这种“奇术”。在植物王国里，有些成员竟能像气象台那样预报天气。

  风雨花：在我国西双版纳生长着一种奇妙的花，当暴风雨将要来临时，便开放出大量花朵，人们根据它的这一特性，可预先知道天气变化，因此大家叫它“风雨花”。风雨花又叫红玉帘、菖蒲莲、韭莲，是石蒜科葱兰属草本花卉。它的叶子呈扁线形，很像韭菜的长叶，弯弯悬垂。鳞茎呈圆形，较葱兰略粗。春夏季开花，花为粉红色或玫瑰红色。风雨花原产墨西哥和古巴，喜欢生长在肥沃、排水良好、略带粘性的土壤上，不耐寒冷。风雨花为什么能够预报风雨？原来，在暴风雨到来之前，外界的大气压降低，天气闷热，植物的蒸腾作用增大，使风雨花贮藏养料的鳞茎产生大量促进开花的激素，促使它开放出许多的花朵。

  报雨花：在澳大利亚和新西兰，生长着另一种奇花，也能预报晴天和下雨，所以人们称它为“报雨花”。这种花非常像中国的菊花，花瓣呈长条形，有各种不同的颜色和花姿，二者所不同的是，报雨花的花朵比菊花大2~3倍。科学家通过研究发现，报雨花能预报晴雨的奥秘是，它的花瓣对湿度比较敏感，当空气湿度增加到一定程度时，其花瓣就会萎缩，把花蕊紧紧地包起来；而当空气湿度减少时，它的花瓣又会慢慢地展开。当地居民在出门之前，总要看一下报雨花，如果花开就不会下雨，如果花萎缩，就预示着将会下雨，因此人们亲切地称它为“植物气象员”。

  结缕草和茅草：当多年生草本植物结缕草在叶茎交叉处出现霉毛团，或茅草的叶茎交界处冒水沫时，就预示要出现阴雨天。因此，有“结缕草长霉，天将下雨”“茅草叶柄吐沫，明天冒雨干活”的谚语。

    草还能测量气温

  气温草：在瑞典南部有一种“气温草”，它竟能像温度计一样测量出温度的高低。这种草的叶片为长椭圆形，花为蓝、黄、白三色，所以又叫它“三色堇”。它的叶片对气温反应极为敏感，当温度在20℃以上时，叶片向斜上方伸出；若温度降到15℃时，叶片慢慢向下运动，直到与地面平行为止；当温度降至10℃时，叶片就向斜下方伸出。如果温度回升，叶片又恢复为原状。当地的居民根据它的叶片伸展方向，便可知道温度的高低。

   

    大树也能预报天气

  气象树：在我国广西忻城县龙顶村，有一棵100多年树龄的青冈树，它的叶片颜色随着天气变化而变化：晴天时，树叶呈深绿色；久旱将要下雨前，树叶变成红色；雨后天气转晴时，树叶又恢复了原来的深绿色。当地居民根据树叶的颜色变化，便知道是阴天还是晴天，故称为“气象树”。科学家经过研究，揭开了这棵青冈树叶色变化能预报天气之谜。原来，树叶中除了含有叶绿素之外，还含有叶黄素、花青素、胡萝卜素等。叶绿素是叶片中的主要色素，在大树生长过程中，当叶绿素的代谢正常时，便在叶片中占有优势，其它色素就被掩盖了，因此叶片呈绿色。由于这棵青冈树对气候变化非常敏感，在长期干旱即将下雨前，常有一段闷热强光天气，这时树叶中叶绿素的合成受到了抑制，而花青素的合成却加速了，并在叶片中占了优势，因而树叶由绿变红。当雨过干旱和强光解除后，花青素的合成又受到抑制，却加速了叶绿素的合成，这样叶色又恢复了原来的深绿色。

  朴树：在安徽和县大滕村旁的一棵奇树（当地人叫它“朴树”），株高7米，树围3米多，树冠覆盖面积达100多平方米，它也是一株名副其实的“气象树”。根据其发芽的早迟和树叶疏密即可知道当年雨水的多少。如谷雨前发芽，且芽多叶茂，即预示当年雨水多，往往有涝灾；如正常发芽，且叶片分布有疏有密，即预示风调雨顺；如推迟发芽，叶片也长得少，则为少雨年份，常常出现严重旱灾。实践证明，它的预报很准确。例如1934年这种树推迟到农历6月份才发芽，结果和县出现特大旱灾；1954年它发芽又早又多，那年和县发了大水；1978年它推迟到端午节才发芽，果然又是大旱年；1981年它发芽时间正常，全株树叶有疏有密，当年和县风调雨顺，五谷丰登。科学家对这棵奇妙的“气象树”进行了研究，发现它对生态环境反应特别敏感，所以能对气候变化做出不同的反应。

石在

柳杨依依 发表于 2022-11-21 16:38
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LIJU 发表于 2022-11-21 17:35
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石在

第四章 人体生物钟

一、人体生物钟

人体也有生物钟

人们已体验到某方面自身存的时间属性。比如说，每到月中，情绪就不同寻常地好，某几个月，在月底情绪特别高等等，这些可能是人体内时间结构作用的反映。

其实，在人类生命运动的每一个过程和许多方面，时间节律明显可见。例如，心脏的跳动每分钟大约70次;随着我们的呼吸，胸脯肌每分钟起落20次。活动剧烈时，次数就多些。人体温度的变化也是有节律的，每天晚上最高，这就是人体生物钟。经过科学研究，已证实这两种维持生命的基本节律，影响着人类的生理机能。只要其中有一种节律发生障碍，生命的维持就会发生困难。

图 神奇的生物钟

人体生物钟是控制人的生长发育、行为动态、机能代谢、成熟衰老、生殖繁衍的时间结构。由于人体的复杂性，其时间属性规律也是复杂多样的。

人体生物钟是在人体中枢神经系统调控下形成的周期性节律。生物钟依靠像时钟那样周期往复的振荡工作，其工作节奏不受周围环境影响，故认为其周期振荡节奏是内生的或在不同器官内独立进行。生物钟能使人与周期性的环境变化相适应，以至作出提前择时安排。

昼夜节律

人身存在有时间属性，人的睡眠与觉醒是以一天为周期的。比如说，白天工作，夜晚睡眠，不用闹钟就会在预定的时间醒来。这些规律说明，人不得不以一天作为安排作息的周期，并且每个周期之内，机能的程度和效果都是不一样的。

研究告诉我们，昼夜节律是在中枢神经系统调控下形成的。1972年研究人员证明，下丘脑前部视交叉上核担负着昼夜节律的中枢起搏点作用。临床观察到人类脑肿瘤破坏包括视交叉上核区时，可导致睡眠觉醒周期瓦解。灵长类脑内至少有两个昼夜节律起搏点，其中一个就是视交叉上核，另一个目前尚未确定。

日生物钟

日生物钟也被称为昼夜钟或概日节律等。它是指与地球自转周期相吻合的生物钟，即周期是昼夜“一天”24小时。人的许多基本机能也同样受到一天24小时规律的控制，体温、血压、大脑活动、内分泌以及许多其它的机能因素，都服从于这一节律。有学者经过研究，得出一天内人的生理机能变化的规律:7时到10时机能上升，达到一天中的第一个高潮后缓慢下降;16时左右变化较平缓，处在白天之中的最低时刻;17时以后机能再度上升;23时后急剧下降;凌晨三、四时人的机能达到一昼夜之中的最低点。有关资料证实，人们在日常生活中，尿中的肾上腺素及副肾上腺素显示出白天高、夜间低的普通概日节律。人的氧的需求量和血液成份在一天内也明显地呈现出有节律的变化，这些就是人体内机能日生物钟的表现。

一些科学家曾对现代穴居人进行了研究。他们长期使自己生活在一种与世隔绝，与阳光和社会活动隔绝的环境之中，常常几个月住在洞穴或密室里，并设法打破24小时的作息节律。比如以48小时作为作息周期。但最终的结果是，实验者都不能适应新的规律。这说明了人的日生物钟(概日节律)是机体内部自身建立的规则的日循环周期。

周生物钟

周生物钟也称作星期生物钟。指以一星期为周期的生物钟。在瑞典、苏联、美国等国家，科学家们对工人和学生作过调查研究，发现他们的工作效率和学习效率以一周为节律变化。一般表现出星期一低，星期二高、星期三、星期四再逐步提高，星期五下降。了解到这种情况，针对其规律在生产安排上作相应调整，势必对提高产品质量和数量有一定意义;而对于学生合理地安排课程，也有参考价值。

工作和学习表现出的星期节律，好象是由于人们制定的工作制度决定的。因为目前世界各地无论周工作日是五天或是六天，都以一周为工作的作息周期。人体是否有以七日为周期的生物钟呢?好象是有类似的现象的。

比如曾发现过一些中年男子每隔七天患一次膝肿病的现象。在美国曾有这样一个患者，他的两个膝关节都按各自的七天周期浮肿和消退。丹麦生物医学家哈浦尔盖在十几年之中，经过大量的抽样数据分析，发现人体内的17-酮固醇数量，是以七天为变化周期的。近几年来，很多医学家、生物化学家研究了人体内多种生化物质的变化情况，从获得的结果中看出，有许多种物质是以七天为周期循环变化的。掌握了人体内这种微观特性，对认识人体、发展人类是有重大意义的。

月生物钟

月生物钟包括近月(似月) 钟和朔望月钟，朔望月钟也称朔望月节律。

近月节律指一个月的生物钟。人的体力、情绪和智力节律具有以近一个月为周期变化的特点。人的近月节律最明显的是女性的生理节律。经科学研究和实验表明，随一个月经周期的变化，妇女的体温、物质代谢，血糖含量、体重等都在变化。在一个月经周期中，还表现有体力和智力的变化。在月经前期是体力的爆发期，此时表现出易于激动和紧张。排卵前后则是智力爆发期，这时反映出稳健、接受能力强，有良好的自我感觉。在行经期则有机体适应环境能力下降、情绪不安定、计划能力和组织能力下降的特点。妇女所特有的这种生理节律，使女性的行为周期变化更为明显和突出。

月生物钟的另一种就是朔望月钟。即一个周期等于29. 5天的朔望月生物钟。除很多动物的活动以朔望月为节律外，人的某些行为也有这样的规律。一些研究人员根据大量调查资料揭示出，交通事故发生率的变化规律与月相变化有关。在满月、朔日和上下弦左右，即农历十五、初一、初八及二十三日左右，发生事故的比例较一般时间高。这种现象似乎是外因对人体内部产生影响的后果。

年生物钟

年生物钟也称作年节律或回归年钟。这种生物钟以一个回归年365.2422天为周期的生物钟。在大自然界，许许多多的生物都具有这种生物钟。人体内某些机能的变化，也遵循着以年为周期的节律。一些科学家经过研究，得出这样的结论:在一年四季之中，人的某些行为和生理表现是有起伏波动的，并每年都有同样的规律。例如，人在夏天精力旺盛、朝气蓬勃;冬天则易于疲乏、精神不振;春天易得维生素缺乏症;儿童和少年的骨骼发育，春天加快、夏天更快、秋天减慢、冬天最慢;秋天男人性欲最强烈:姑娘的月经初潮多在秋天发生;男人胡须初冬长得最快;人血液中总蛋白质含量冬季增多、夏季减少;人的脉相春缓、夏洪、秋浮、冬沉等等。人体内这些年生物钟的表现，有的是自然环境因素作用的后果，有的是人类长期发展进化在机体内逐步形成的规律。

年生物钟可以解决某些人类问题:早春晚秋是最易得病的时期，一些药物的毒性和治疗效果随季节变化而不同;在夏季和冬季是工伤事故的多发期;关节炎、哮喘等某些慢性病的发生和病理变化都与季节有关;一年中的不同时期，孕妇生产时的顺产、难产率都不一样;人的情绪和很多行为在一年中都表现有异。

“年钟”的神奇特点在于：春季：万物复苏，人体各器官功能加强，人体开始进入消耗状态。夏季：最旺盛的季节，各器官超负荷运行，人体达到最大消耗。秋季：自然界处于渐收状态，人体消耗开始下降。冬季：自然界生物处于冬眠状态，人体养精蓄锐，以适应来年之夏。

自觉地认识和应用人体生物钟的规律，为人们的生存活动创造了一种美好和谐的气氛。

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石在

二、人体光线闹钟和激素闹钟
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光线是体内生物钟的闹钟

清晨，人体感受到逐渐变强的太阳光线，褪黑素分泌就会减少，血清素分泌增加，新陈代谢加快，人逐渐从熟睡过渡到浅睡，直到醒来。阴雨的早上不见阳光，在云层内散射的太阳光线根本不足以唤醒沉睡的生物钟。由于惯性的起床时间仍然未变，而身体各部分零件却未得到召集令也未准备好醒来。这就是阴雨天人们往往喜欢赖床的原因。医学研究证实，人类睡眠有其固有的机制，自然醒符合人体生物钟规律。光线是自然醒的必要条件，是人体内的生物闹钟。

快节奏的现代生活，使很多上班的人无法享受闲适的睡眠与自然的苏醒，闹钟成了无奈的选择。但实验研究表明，自然醒来与被闹钟叫醒所产生的生理和心理效应是很不同的。从睡眠状态过渡到清醒状态时，人的呼吸会从16次/分钟提高到24次/分钟，心跳加快10次/分钟，脑电波从8次/秒提高到30次/秒。如果突然被闹钟叫醒，将使人产生心慌、情绪低落、感觉没睡醒和悬空等不适。如果是从深度睡眠中被突然叫醒，那么，人的短期记忆能力、认知能力，甚至是计算技能都会受到显著影响，这些能力最多为正常状态的65％，与醉酒者相当。

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       图n14.人体光线生物钟

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           冬夏睡眠有区别

　　夏季睡眠时间比秋冬季平均要短一个小时到一个半小时。夏季太阳升得早，人体受到光线照射后，早早地自然醒来令人舒服。而秋冬和初春时，早上阳光出现得较晚，醒来时未经历早晨阳光的刺激，却又不得不忙活起床了，这会让我们的脑、心脏及身体某些部分感到不舒服，情绪低落、心慌、睡不醒的感觉涌上心头。

夏季醒来后，身体功能可以很快从睡眠状态恢复正常，而秋冬则较难。所以，夏季即使起得早也不会不舒服，而秋冬即使不赖床也浑身难受。严重有起床不适症状的人甚至会患上冬季抑郁和季节性失调症。

经常被闹钟叫醒有害健康

  美国人将床头闹钟评为最讨厌的人类发明之一。明显地，自然醒来与被闹钟叫醒的感觉是完全不同的，闹钟叫醒违背了身体的自然状态，早晨被闹钟叫醒，不情愿地爬起床，长时间处在这种“被惊醒”的状态中，会对正常的情绪和工作状态产生不良影响。

那么，怎样的叫醒方式才更健康呢？专家建议，不妨在睡觉前，给窗帘留条缝，让阳光成为最好的“闹钟”。

早上受到光线照射，人体血清素会使身体代谢加快，伴随着生物钟同时提醒你“太阳‘晒屁股’了，该起床了”。

如果实在要用闹钟，则建议使用音乐“渐强”的播放方式，同时尽量选择轻柔一些的音乐闹铃，减小起床压力。

    尽量睡到自然醒

由于自然醒符合人体生物钟规律，因此，人们应尽量睡到自然醒。具体方法为：坚持有规律的作息时间，在固定的时间就寝和起床。为此，国外发明了黎明模拟器，它能模拟黎明来临的过程，让卧室逐渐变亮，使人自然醒来。威斯敏斯特大学的心理学家发现，使用黎明模拟器者产生的疲惫等不适症状，比使用闹钟者显著减少。

　　如果你必须设置闹钟，应采用柔和的声音或音乐。监测移动电话电磁波影响组织的专业人员提醒说，由于电子表也会产生电磁辐射，因此，建议人们将电子闹钟放在距离头部至少1米远的地方。

    人体内的激素“闹钟”

许多人在日常生活中都有过这样的经历:如早上要赶坐火车或有其它急事，往往闹钟还没响，人已经醒来。这个谜被德国吕贝大学博恩教授等解开。

研究表明，在预定“闹响”时间前一个小时左右，人体分泌的促肾上腺皮质激素会显著增多，这一激素有激发“唤醒”，催促人起床的作用。这一激素在人醒来时明显提高的现象证明激素的升高能激起人的紧张，具有促进“警觉”作用。

科学家推测，人在睡眠过程中大脑的某部分很可能仍然保持意识，正是这一部位控制着“闹钟”系统的工作。

石在

三、 调整生物钟应对时差

　　“您好！”第二天清晨，在某国游学的游蓝达穿一身粉紫色的运动装，轻快地和同伴柳子函打招呼，“睡得如何？”

　　“挺好。”柳子函不愿泄露自己因回忆而失眠，敷衍道。

　　柳子函说：“我也是当医生出身的人，并不忌讳失眠。咱们进入下面的工作程序吧。”

　　游蓝达说：“我们在Ａ地，要先会见有关专家，听介绍，让您对Ｙ国的慈善事业状况有一个全面的了解。顺便说一句，我觉得您吃得比较少，好像只有一杯咖啡和一个蛋塔。是不是再来点什么？”

　　柳子函说：“谢谢。你知道现在这个时刻，相当于中国的哪个时辰吗？”咖啡因的兴奋劲儿尚未完全发作，柳子函还有点迷迷糊糊。

　　“子时。”游蓝达掐指一算。

　　柳子函说：“对。夜里一点。平日我的生活很有规律，像个老农似的日出而作，日落而息，没有吃夜宵的习惯。半夜三更往胃里填食，无异于刑罚。”

　　游蓝达说：“要习惯时差，调整生物钟的最好方法，就是重新安顿您的胃。让您的胃按照当地时间装满当地的食品，胃是CEO，胃一变，所有的器官也就跟着改变了。柳女士，我希望您暂时放下北京时间，改成Ｙ国时间，这样，您就能更快地融进这里的氛围。”

　　柳子函只好抖擞精神，又强吃了一个面包圈，再把手表调整过来。

　　听了Ｙ国慈善机构的许多介绍，捧回了若干公斤的精美资料，之后就是走马灯似的参观。

　　每到一地，游蓝达都要先向主人简要介绍一番柳子函的身份和来意。这一天来到孤残学校，站在残肢断臂的欢迎学生面前，游蓝达用柳子函所不懂的Ｙ国语，眉飞色舞地宣讲着，时不时用优雅的手势向柳子函这边示意，柳子函什么也听不懂，只有像个东方菩萨似的，挂着永恒的微笑，不停颔首。看来这Ｙ国的孤残儿童也颇有见识，听得兴起，不时地报以夸张的惊叹声，当结束介绍的时候，小巴掌乱飞，没有手掌的就跺脚，喧闹持续了很久。（摘自毕淑敏文。大河报 2007年9月20日）

石在

四、早晨醒床难或因生物钟慢

大多数人都爱在周末睡个大懒觉。但是，对于某些人来说，每天早晨起床是一项已经对生活构成了困扰的日常斗争。现在，研究人员相信他们已经发现了一些人晚上辗转反侧难以入眠而早上又奋力挣扎着起不来床的原因———他们的生物钟设置得太慢了。

2013年澳大利亚弗林德斯大学的一组研究人员正在研究睡眠相位后移症候群，其特征是长期不能在常规时间入睡和醒来。这种症候群已经影响到15%的青少年，而且可能是一种会伴随一生的状况。

    这项研究的负责人利昂·拉克教授说，初步研究结果显示，患有这种症候群的人的内部生物钟较之常人更慢。晚睡者最早也要到凌晨2至3点才能入眠，有些人甚至要到凌晨4点，这使得他们很难按时起床来应对第二天的任务。我们一直在研究是什么使得人们成为晚睡者，所得到的最合理解释之一是这些人的生物钟长于24小时。

    大多数人拥有一个24小时的生物钟，这是一种自然的节奏，能够影响睡眠和核心体温。但是对于那些患有睡眠相位后移症候群的人来说，要花费更长的时间来完成这一周期，因此他们倾向于更晚入睡和更晚醒来。

    拉克教授说，现在需要针对更广泛的人群开展试验以确认这项研究成果。他说：“如果我们确认了预期的结果，将有助于巩固那些我们已知的会产生效果的疗法，如在早晨采用亮光疗法来提高警觉性和在晚上利用褪黑素来鼓励更早入睡。早晨让人尽可能早地暴露在亮光之下，可以告知生物钟应当醒来了，从而让人在之后的夜晚入睡和醒来得更早一些。”