生物钟

　　生物钟学
　　（Chronobiology希腊语：Chronos时间；Biology生物学）是一门科学，它的任务是研究生物体内与时间有关的周期性现象，或曰这些现象的时间机制。生物节律是凭经验总结得出的，但有其生理学和分子生物学基础。生物钟学与所谓的生理节律无关。
　　概述
　　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产生的节律是主要的。三大中心问题：
　　1。生物节律有哪些类型？它们是怎样影响生物的生理过程的？
　　2。节律是内在的吗？如果是，哪里是产生节律的发生器，哪里是起搏点，它们怎么运作？
　　3。哪些是外源性的，周期性的因素，即是所谓的时间服务器，它们又是怎样作用于生物时钟的？
　　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虽然彼此相关，但在时间上都是有所区别的。还有一些过程不但受到内在因素制约，还会受到外界因素影响。时间上的区别之一就是各种行为各具其规律性在一个大范围内观察这种规律性，就可以称之为生物节律。周期的长度由毫秒到年不等。细胞分裂，呼吸，心跳和行为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，因为我们的生活越来越频繁地逆这种生物钟而行。在医学方面已经确定，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抑制剂的话，调制药物的浓度就可以比其它给药时间所采用的浓度降低很多。
　　生物节律的例子
　　在下面的表格中列举了一些人体生理功能的每日周期性变化。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。就是在黄昏或夜行性的动物，甚至是植物，都存在这种“做准备的”的现象。植物在日出之前就会激活光合作用相关器官，为光合作用做准备，以最长时间的利用光能。很多植物在日间某些时候会展开或合上其花朵。还有一些植物，在一段日子里花朵相继开放，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。
　　生物节律的种类
　　根据周期长度，将生物节律分为四种：
　　？超昼夜的（亚日的）节律（InfradianRhythmus），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；季节性的（大概365。25天长）冬眠；还有与退涨潮相关的半月周期，如在满月、新月出现大潮，而半月时出现小潮（大概14。25天），银汉鱼只在涨潮时在岸上产卵；或者太阴日节律的，以28。5为周期（矶沙蚕属）。
　　？近潮汐节律（CircatidalRhythmus），跟随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活动，而生长在岸上的蟹则会在退潮时觅食。
　　？次昼夜（超日）的节律（UltradianRhythmus）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（严格来说是整数次，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分钟睡眠循环、垂体的间歇性荷尔蒙分泌等。
　　？近昼夜节律（CircadianeRhythmus）来自拉丁语“circa”（大约）和“dies”，为接近24小时长的节律，如人类睡眠和苏醒、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明显，但更重要的是近昼夜节律对人类来说更有现实意义。以下讲解若无特别说明，都是指近昼夜节律。
　　生物钟学历史
　　在18世纪天文学家JeanJacquesd’OrtousdeMairanvon就描述了含羞草的日间叶运动。通过实验他得知，即使在黑暗中叶子也会呈现这种节律。类似的报道也见于GeorgChristophLichtenberg，ChristophWilhelmHufeland，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。在该领域的先驱有：WilhelmPfeffer，ErwinBnning，卡尔？冯？费舍尔，JrgenAschoff和ColinPittendrigh。对生物节律的一个重要的发现是，很多自然节律在持续的同等强度的实验室条件下也能产生，就是说节律也可以“人造”。内部时钟的同步是通过时间变化的媒介完成的，如光和温度。
　　生物钟的位置
　　首先说明：生物体内并没有日常意义的“时钟”，它不会告诉生物体钟点日期。生物钟在哪里？是怎样的？这些问题都是因物种而异的。因为很多节律与光有关，所以人们可以优先在与光感受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年代就已经知道，单细胞生物也有自己的生物钟。所以从中可得知，生物钟的运行并不一定需要一个网络作为硬件。藻类如眼虫属或衣滴虫有趋旋光性昼夜节律。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，形成厚厚的一片，进行光合作用。在有利条件下它们会形成红潮。在日落之前它们则会重新潜到海中。晚间它们借助荧光素酶发出生物光，人们推测这是可以驱赶天敌挠足亚纲的。这些节律也可以在实验室里通过施加持续的影响而发生。同时原核生物（细菌，和蓝藻）也有昼夜节律。