生物節(jié)律

生物節(jié)律指生命現(xiàn)象中的節(jié)律性變化。節(jié)律是生物的基本特征之一，在生命過(guò)程中，從分子、細(xì)胞到機(jī)體、群體各個(gè)層次上都有明顯的時(shí)間周期現(xiàn)象；其周期從幾秒、幾天直到幾月、幾年。廣泛存在的節(jié)律使生物能更好地適應(yīng)外環(huán)境并通過(guò)適配的相位關(guān)系保持生命過(guò)程的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

雖然從生理學(xué)、生物化學(xué)、藥理學(xué)以及行為學(xué)的研究中，人們很早就注意到生命現(xiàn)象中的節(jié)律變化，但直到20世紀(jì)60年代時(shí)間生物學(xué)建立之后，才開始對(duì)節(jié)律現(xiàn)象和機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)的研究。

生物體的節(jié)律變化一般與環(huán)境的周期變化相對(duì)應(yīng)，也可以看作是對(duì)環(huán)境周期變化的應(yīng)答。很多生物節(jié)律現(xiàn)象直接和地球、太陽(yáng)及月球間相對(duì)位置的周期變化對(duì)應(yīng)。

1.日節(jié)律：以24小時(shí)為周期的節(jié)律，通稱晝夜節(jié)律（如細(xì)胞分裂、高等動(dòng)植物組織中多種成分的濃度、活性的24小時(shí)周期漲落、光合作用速率變化等）。

2.潮汐節(jié)律：生活在沿海潮線附近的動(dòng)植物，其活動(dòng)規(guī)律與潮汐時(shí)相一致。

3.月節(jié)律：約29.5天為一期，主要反映在動(dòng)物動(dòng)情和生殖周期上。

4.年節(jié)律：動(dòng)物的冬眠、夏蟄、回游，植物的發(fā)芽、開花、結(jié)實(shí)等現(xiàn)象均有明顯的年周期節(jié)律。

上述這些節(jié)律變化的周期相對(duì)穩(wěn)定，即使環(huán)境突然變化，在一段時(shí)間內(nèi)仍然保持不變。除天體物理因子之外，光線、溫度、喂食、藥物等因素在一定程度上可起調(diào)時(shí)作用。另外，還有一些生物節(jié)律不受外部時(shí)間進(jìn)程的影響，表現(xiàn)出較高的頻率或極低的循環(huán)周期。比如，正常成人心搏每分鐘70次，酶合成和酶活性的振蕩周期為1到幾十分鐘，神經(jīng)電位發(fā)放頻率則可達(dá)10～102赫。影響它們的主要是溫度、藥物、底物濃度以及生理狀態(tài)等因素。在生態(tài)動(dòng)力學(xué)研究中，則可發(fā)現(xiàn)捕食動(dòng)物和被捕食動(dòng)物的個(gè)體數(shù)量以若干年為一循環(huán)的長(zhǎng)周期變化。不過(guò)這種群體性、社會(huì)性的節(jié)律不是生物節(jié)律研究的重點(diǎn)。通常把生物體內(nèi)激發(fā)生物節(jié)律并使之穩(wěn)定維持的內(nèi)部定時(shí)機(jī)制稱為生物鐘。

有兩種假說(shuō)試圖對(duì)生物鐘進(jìn)行解釋。一種認(rèn)為生物體系根據(jù)外界自然周期現(xiàn)象定時(shí)，因而產(chǎn)生了與天體物理因子等同步的節(jié)律。這是一種外源說(shuō)。另一種假說(shuō)是內(nèi)源說(shuō)，它認(rèn)為生物鐘是先天性和遺傳性的，是一種內(nèi)在的振蕩機(jī)制；節(jié)律周期之所以與自然周期一致，則是在外界調(diào)時(shí)因子作用下，長(zhǎng)期適應(yīng)和自然選擇的結(jié)果。1974年D.恩賈斯曾提出生物鐘的膜模型，以離子濃度和離子運(yùn)轉(zhuǎn)功能間的反饋循環(huán)所產(chǎn)生的振蕩，解釋晝夜節(jié)律。A.F.溫弗里（1971）和T.帕夫利迪斯（1969）認(rèn)為，晝夜節(jié)律可能來(lái)源于一些周期為分鐘量級(jí)的生化振子的偶合。20世紀(jì)80年代以來(lái)，多次研究證明哺乳動(dòng)物的時(shí)間結(jié)構(gòu)位于視交叉上核（SCN）。如佐佐木正己1980年提出，視交叉上核通過(guò)上頸部神經(jīng)節(jié)向分布在松果腺的交感神經(jīng)細(xì)胞不斷發(fā)放信號(hào)，促使正腎上腺素不斷釋放……從而控制松果腺分泌退褐色的過(guò)程，而退褐色具有晝夜節(jié)律。美國(guó)哈佛大學(xué)用猴子試驗(yàn)并觀察患者證實(shí)，人腦視交叉上部寬度不到1/4毫米的細(xì)胞群為時(shí)限細(xì)胞，是生物鐘細(xì)胞的一種。