谁“动”了大自然的“闹钟”?

来源:大洋网—广州日报| 2018-02-24 08:37:09| 作者:黄岚

  昙花总是悄悄在夜间开放、公鸡到清晨一定打鸣、猫头鹰的体温恰好在夜里十二点最高……生物钟并非人类的专利,在地球这个蓝色星球上,大多数生物的活动会为了适应环境中自然因素的变化,而发生有节律性的变动。

  那么,与有机体“生物钟”同步的究竟是何方神圣呢?人类的哪些行为会影响动植物的生存?

  文/图:广州日报全媒体记者 黄岚

  【热门话题】

  植物界的“生物钟魔法”

  选择最“适合”的时间绽放

  关于生物钟的话题,在科研界一直都是“热门”,这个命题去年获得了诺贝尔生理学或医学奖。为了揭开生物节律的奥秘,科学家们从未停止努力。今年年初,曾有机构宣布将推出首款用于展示2017年诺贝尔奖获奖研究成果的《昼夜节律》虚拟现实(VR)体验,旨在通过独特的VR体验,向世人展示对人类历史意义重大的时刻和经验。

  无论是时差现象,抑或是熬夜影响,在人类身上上演的“生物钟魔法”,我们都很熟悉。可是你知道吗?南非有一种大叶树,它的叶子每隔两小时就翻动一次,因此当地居民称其为“活树钟”;在南美洲的阿根廷,有一种野花能报时,每到初夏晚上8点左右便纷纷开放,被称为“花钟”。

  没错,在地球上所有的有机体,都拥有一种叫“生物钟”的生理机制,就连微小的细菌也知道时间。从细菌到哺乳动物的大多数生物都存在分子时钟,这种从白天到夜晚的“24小时循环节律”,与地球自转一次的节奏互相吻合。

  这就是为什么睡莲花朝开暮合,昙花在夜晚开放,牵牛花却在早晨打开“喇叭”,而紫茉莉要到傍晚才开放。然而直至今天,在植物中仍没找到生物钟的中央控制部分或是起搏点。研究者们只能推测,光合作用以及与之联系的运动,是由遍布植物体的多个时钟共同控制的。花开花落,都是在适应环境的变化,无论是温度、湿度、光照还是气压,每一种植物都会选择在最“适合”的时间,尽情绽放自己。

  动物界的“活闹钟”

  为外界变化做好准备,防御天敌

  含羞草的叶片会在白天张开、到晚上闭合,这是植物内源性昼夜节律性振荡的最早记录。在地球上的大多数生物都具有预测环境中即将发生的事件的能力,这种能力来自于生物钟。对于植物而言,生物钟或许只是花开花落的不同瞬间;对于动物而言,生物钟能帮助它们为外界的变化做好准备,而不是措手不及,被天敌捕获。

  不只植物有生物钟,动物的生命活动也拥有这种节律性,它对于动物获得食物和适宜的生活环境、避开不良的生活条件,有着非常重要的作用。

  曾经有位科学家在对老鼠的实验中发现,在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,因此确定在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。就和每个人都拥有自己专属的生物钟一样,不同的动物也各具本领。在植物界有“活树钟”和“花钟”,在动物界也有“驴钟”和“鸟钟”——在我国黄海的小岛上生活的驴能准确报时,它每隔一小时就“嗷嗷”地叫一次,误差只有3分钟。

  除了包括人类在内的哺乳动物之外,昆虫和鸟类的活动也存在节律性。在非洲的密林里有一种报时虫,每过一小时就变换一种颜色,于是在那里生活的家家户户就把这种小虫捉回家,看它变色以推算时间。

  【业内释疑】

  生物钟有“内源性”“外源性”之分

  不久前据外媒报道,德国科学家对全国63个保护区进行纵向研究后得出结论,在过去27年里,德国飞行昆虫总数下降了75%。而在城市中生活的鸟类,也有数量减少的现象。研究者们发现会飞的生物之所以越来越少,部分原因与生物钟有关。到底是谁动了它们的生物钟?

  对于动物而言,传统观点认为“生物钟”应该存在于大脑中,但对于具体位置的说法却又各持己见。随着这些年来科学的发展,研究者们陆续发现了影响有机体节律的相关元素,除了“内源性”生物钟之外,还存在“外源性”生物钟。换句话说,就是外界环境对于有机体的影响,比如说光照。

  近日刊登于《自然》杂志的研究指出,在我们的城市中,人造光源以年均6%的速度在增长,这显然已经对动物产生了一定的影响。对于飞行昆虫而言,农药的使用固然是它们数量减少的原因,但它们也会被夜间的人造光源晃得迷失方向;另外一些则可能被光线所吸引,分散了它们的自然栖息地。这一种会影响有机体生物钟的视觉刺激,同样应验在鸟类的身上。

  鸟类对灯光和各种各样的化学干预尤其敏感。如果你发现笼子里的鸟儿第二天无精打采,没有精力去吸引异性或者抚养幼鸟,那可能是因为它在夜间暴露在灯光之下,体内的生物钟因此被打乱。

  【专家声音】

  对野生动物有益的东西 对人类也有益

  每当夕阳落下,来自购物中心、体育场和无数家庭的灯光,将黑夜变成了白昼。为什么这些看似对人类影响不大的光线,却会令鸟儿们“行为失常”呢?带着问题,记者采访了中山大学生命科学学院鸟类生态与进化实验室的研究员埃米利奥·努涅斯博士。

  广州日报:居住在城市的鸟类,生物钟会受到环境怎样的影响?

  埃米利奥·努涅斯博士:尽管这一领域的研究直到最近才得到充分的发展,但研究表明,不适宜的光线正在影响野生动物的生物钟。很明显,过度光照会改变鸟儿们“黎明鸣唱”的正常节奏,从而影响到它们同类之间的交流。除了让它们睡不好觉之外,也有证据表明光线会影响鸟类的日常生活和休息行为,从而影响繁殖的成功率。站在更宏观的角度看,生物钟的改变也会改变鸟类的自然迁徙路线。

  广州日报:与人类相比,鸟类视觉的最大特点是什么?不同光线对鸟类有什么影响?

  埃米利奥·努涅斯博士:许多鸟类的视觉会更发达,因为它们与人类的眼部结构不同,所以可以感知不同波长的光。比如说,在鸟类的眼睛里拥有可以探测紫外线的锥体,所以它们能看到比我们更宽的光谱范围。这意味着鸟类可以看到我们看不见的东西,类似于用紫外线灯添加到我们的自然视觉中产生的效果。

  广州日报:我们应该如何保护与我们“同一屋檐下”的鸟儿?

  埃米利奥·努涅斯博士:显然,减少空气、光线和噪声污染,会改善鸟类和人类的生活质量。所以,在城市内提供大面积的绿地是非常有益的。在这片巨大的绿色空间里,如果没有光线和噪音的打扰,对于任何野生动物而言,都将是一件值得庆幸的事情。我们永远也不要忘记,对野生动物有益的东西对人类是有益的,反之亦然。

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