來源：深究科學
作者：徐瓔（蘇州大學特聘教授）
導讀
01
什麼是生物鐘？
生物鐘顧名思義，是一架設在生物體內的“鍾”。它是由於地球的晝夜自轉，導致生活在地球上的幾乎所有生物，為了適應晝夜的節律改變，而演化出來的一個生物計時器，用來預知環境的改變，從而更好地適應環境。
所有的生物，包括植物、動物都有生物鐘。它讓植物可以在最合適的時候進行光合作用，也讓動物能夠在合適的時候，覓食、遷徙和繁殖等，所以它其實不僅是一個適應環境的計時器。同時也是我們不可或缺的一個生物系統。
02
與生物鐘相關的有趣現象有哪些？
其實生物鐘就是被一種有趣的現象吸引，才讓科學家發現了生物鐘。包括最初發現含羞草，它的這種晝夜律動，吸引了de Mairan（法國天文學家）這個科學家，他提出了這樣的一個科學問題，就是晝夜的律動，是一種內在的機制驅動？還是受環境的改變？他為了回答這個問題，就把含羞草關在一個密閉的空間裡，不受環境晝夜節律的牽引，然後他發現含羞草在沒有任何的環境因素影響下，依然能夠晝夜地律動，所以他認為這樣的一種律動是一種內在的機制。
這開啟了對生物鐘的研究，其實從含羞草的生物鐘發現以後，後面就有了非常著名的林奈。他製備的那個花鐘，是根據花在不同的時間開花鑄成的。在日內瓦有一個花鐘公園，包括從早晨蒲公英的開花，還有牽牛花和夜來香的開花等，他按照不同的開花時間做成一個花鐘，這是在植物裡面。
然後在動物裡面，蜜蜂的生物鐘也非常有趣，它總是在花芯和花蕊最飽滿的時候定點的去採蜜，來保證它能夠採到足夠的蜜來繁殖後代。
在我們哺乳動物裡面，也是經過很長時間發現，確實是有這樣的鐘，包括生物節律研究的先驅者們，他們把自己關在洞穴、廢棄的煤礦裡面，來研究自己到底有沒有這種生物鐘，然後他們在完全跟環境隔離的情況下，記錄他們的飲食，記錄他們的活動，以及他們的體溫，發現在他們體內也有一個生物鐘，所以這些都是驅動我們去研究生物鐘的一些故事。
03
人的生物鐘為何不是24小時？
它說的就是一種內在的節律，生物鐘內在的節律，是印記在我們基因組裡的一種系統，它不受任何環境的資訊影響，就算你沒有表，沒有資訊，基本上到點就會餓了，到點就會想去吃飯等這種節律。
在人體或者所有的動物裡面，它的節律，並不是準確的24小時。我認為這是一個非常巧妙的設計。雖然天文鐘是24小時，但是我們的機體不是準確的24小時，所以我們每天都在調時差，就是要把差補到24小時，所以我們所有的生命就有了去調我們生物鐘的能力，這個能力，就能夠讓我們去旅行，去調時差的時候運用這樣的一種規律。
一般夜行動物，它的週期會比較短，短於24小時，然後白晝動物，像我們人一般在大於24.5小時，有的是25小時。
我們人體生理所有的節律，其實並不一定完全是同步化。每天體溫的節律有的時候是25點幾小時，然後心率可能又是23點幾小時，它並不是完全同步在一起，這個也是要注意的，並不是所有的生理活動都是一樣的節律。
大腦有一種視交叉上核（SCN），我們說它的起搏器，可以透過環境的光線，來同步化我們機體所有的周圍組織，適應到這樣的24小時節律裡面去。
04
生物鐘的分子調控機制？
生物鐘的調控是從多個層面進行的，我們說基因組成就是DNA裡面，它有一個分子反饋環，這個分子反饋環構成了近24小時的節律，那麼這樣一個分子反饋環基本上存在於機體所有的細胞內，然後一群細胞就構成了各種不同的組織，每個組織它有一個自主的周圍組織節律，但這些節律其實不能直接跟外界連起來，比如我們哺乳動物。我們透過一個SCN ，叫視交叉神經上核，在我們哺乳動物當中，它叫做Pacemaker（起搏器），是一箇中樞生物鐘，它每天接受光線的輸入，在SCN裡進行一個偶聯，然後輸出來同步化所有的周圍組織，包括我們的腎臟、肝臟、肺活動等。那麼在它的統領下，所有的活動跟環境能夠進行合拍，關於SCN是非常肯定的，它是維持我們生物節律一個充分必要的核團。
透過前人多次的實驗，證明它是充分必要的，來維持同步化生物鐘的一個核團。它通過幾種非常經典的實驗，透過損毀這個核團，然後再移植這個核團，包括移植長週期、短週期的核團，使得受體的宿主，呈現了短週期或者長週期，所以SCN是一個非常關鍵的Pacemaker（起搏器），就是我們說的中樞。
05
影響人的生物鐘的因素有哪些？
其實影響生物鐘的因素還是很多的，因為地球的晝夜自轉驅動，所以光線是我們影響最大的。
生物鐘在不同的季節對生物鐘影響也很大，因為它的日長日短不一樣。所以季節的變換對我們的生物鐘影響很大，這是從光線的角度。
溫度其實也會對生物鐘有影響。
同時我們每天飲食的時間，對於我們生物鐘影響也很大。如果我們飲食日夜顛倒，生物鐘驅動的這些基因，就會和飲食驅動的基因不吻合，導致生物鐘的紊亂，所以飲食的時間，對於我們生物節律也是一個非常重要的方面。一方面我們可以利用飲食的時間，在生物鐘紊亂時，來幫助我們增強生活節律。
你看在飛機上跨時區旅行的用餐條件，其實他們就是希望能夠幫助我們到目的地，能夠更快地適應目的地的生物鐘，因為他們的飲食其實是非常有規律的，來幫你調生物鐘。在航空領域已經運用了生物鐘的規律。
其實我們現在國內，也是想用一些叫做TRF ，就是時間限制性飲食，來增強你的生物節律的魯棒性，我們就能夠有一個更健康的節律。
06
疾病、用藥也與生物鐘的關聯？
其實現在生物鐘影響的廣泛性，越來越被醫學界認可。因為在我們生物鐘中，我們剛剛說的這種齒輪一樣target（靶向）到的這些基因，很多都是一個時鐘，有節律性的，所以如果這些藥物target到了這個靶點的話，那麼在什麼時間用藥就非常重要，你在高峰和低谷用藥的有效性不一樣。所以在藥物上來看，我們特別希望能在藥物的說明書上，告知我們藥在什麼合適的時間給更有效。
在醫院裡面，很多研究者也做了一些報告，手術也是會隨著這個不同的時間影響手術的效果，包括心梗的這些實驗，這個研究發在《柳葉刀》上，就是同樣的手術，下午的手術和上午的手術相比，它的併發症率就會低很多。
另外像打疫苗，在早晨打疫苗，它的抗體滴度就會升高。這些實際上都是在利用生物鐘，在最佳的時間做最佳的事情，在醫學上這是好的。另外還有一個不好的方面，因為生物鐘這樣的週期波動變化，導致很多疾病的發生也有時間依賴的改變，比如說人在夜晚容易哮喘，很多心血管疾病會在凌晨到上午之間高發，包括很多生產可能也是在午夜生產的頻率為高，很多的事故的發生也在凌晨，因為這個時候的警覺性會比較低，這些就是由於生物鐘高和低的表達，帶來的一些效果。
我覺得需要，包括我自己吃高血壓藥都不知道什麼時間吃更好。因為高血壓是一天24小時，隨便什麼時候都可以吃，我也特別渴望知道，到底我這個藥應該早晨吃好，還是晚上吃好，我其實多次向這種藥廠去提議，哪怕說明書上給我一個資訊，特別是對這種慢性藥，我覺得長期服用的更重要。
現在很多腫瘤治療，也在推廣時間用藥，我覺得這個非常重要。因為cell cycle（細胞週期）雖然它有它自己分裂的週期，但是它的這個cell cycle的各個階段的門控，也是受生物鐘影響的。在我們生物鐘研究者來看，很多的化療藥，你在什麼合適的時間給予化療藥是很有講究的。
所以我覺得生物鐘，作為醫學的一個“第四面”，這樣被提出來，還是非常重要的，就是要引起全社會重視，包括我們醫院。目前醫院的用藥，還是按照醫生的工作節奏在進行，很少考慮生物節律的這些因素。