早起的鳥(niǎo)兒有蟲(chóng)吃嗎？

俗話(huà)說(shuō)：早起的鳥(niǎo)兒有蟲(chóng)吃。這是一種形象的說(shuō)法，勸戒人們勤勞生活。那么，我們換一個(gè)視角來(lái)看，試想，在一片沉睡的大地中，突然有一只蟲(chóng)在移動(dòng)、在咬食，應(yīng)該很容易就被眼尖的鳥(niǎo)兒發(fā)現(xiàn)，結(jié)果，這蟲(chóng)兒就可能成為鳥(niǎo)兒的早餐。這個(gè)俗語(yǔ)的勵(lì)志功能，是基于一種深刻的自然觀察。然而這個(gè)生物獵食現(xiàn)象，反映出“時(shí)間”是決定生死的關(guān)鍵。

生物調(diào)節(jié)的奧秘

生物體內(nèi)具有計(jì)時(shí)的構(gòu)造，這是通過(guò)特定的基因來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種特定的構(gòu)造與地球環(huán)境息息相關(guān)。地球因?yàn)樽赞D(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，造成生物棲息環(huán)境呈現(xiàn)規(guī)律性的變動(dòng)，這種變動(dòng)具有固定周期，會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。例如潮汐變化、日夜轉(zhuǎn)換或四季輪替等。生物必須按照這種環(huán)境變動(dòng)，調(diào)整它們的生存策略，才能順利生存及繁衍后代。生物順應(yīng)這種環(huán)境規(guī)律性變化，就演化出來(lái)的各自的時(shí)間調(diào)控體系，俗稱(chēng)“生物鐘”，目前發(fā)現(xiàn)它普遍存在于各種生物體內(nèi)。

當(dāng)我們檢視昆蟲(chóng)體內(nèi)的生物時(shí)鐘時(shí)，發(fā)現(xiàn)它在事件尚未發(fā)生前就能開(kāi)始準(zhǔn)備，等到事件來(lái)臨時(shí)，它已準(zhǔn)備就緒，馬上能應(yīng)付來(lái)自生物或物理環(huán)境的挑戰(zhàn)。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)天色漸漸暗下來(lái)時(shí)，一只雄蟋蟀仍然蟄伏在地下洞穴中，靜待夜晚的來(lái)臨，然而它體內(nèi)的能量資源卻已開(kāi)始動(dòng)員，積極往兩個(gè)方向運(yùn)送。

就雄蟋蟀而言，又粗又大的胸肌是提供飛行及唱歌(鳴叫)的動(dòng)力，得快速收縮肌肉才能產(chǎn)生足夠的動(dòng)力，這需要有充足的能源補(bǔ)充。另外生殖系統(tǒng)內(nèi)必須盡快完成“精苞”的制造，如此當(dāng)雌蟋蟀受到雄蟋蟀的歌聲引誘前來(lái)交尾時(shí)，才有精苞可以傳送，完成交尾的任務(wù)。

為了能夠在短時(shí)間內(nèi)，利用一對(duì)前翅快速摩擦，發(fā)出動(dòng)人的求偶歌聲，以吸引心儀的雌性，達(dá)成傳宗接代的任務(wù)，雄蟋蟀的事前準(zhǔn)備工作是絕對(duì)必須的。而遵守“時(shí)間表”的雄蟋蟀，才有傳宗接代的機(jī)會(huì)。

在昆蟲(chóng)世界中充分利用生物時(shí)鐘表現(xiàn)于日常行為的，以蜜蜂為最。大家所熟悉的“蜜蜂語(yǔ)言”，就是以肢體動(dòng)作來(lái)傳達(dá)食物資源的訊息。它主要是利用太陽(yáng)來(lái)定位，然而太陽(yáng)的方位會(huì)隨時(shí)變換，因此在不同的時(shí)間，傳遞訊息的“蜜蜂語(yǔ)言”勢(shì)必要做若干校正。而且當(dāng)天氣有變化時(shí)，譬如一陣?yán)子昊蛞粓?chǎng)大風(fēng)造成環(huán)境的改變，蜜蜂若再次出巢覓食，也勢(shì)必要修正它的“語(yǔ)言”，才不會(huì)有所失誤。這種計(jì)算時(shí)間的變異而調(diào)整行為模式的能力，就是生物時(shí)鐘功能的充分展現(xiàn)。

生物時(shí)鐘雖然能提供時(shí)間訊息，但是無(wú)法提供瞬間的訊息，讓生物做生死攸關(guān)的決定。生物時(shí)鐘只能讓生物體內(nèi)的生化反應(yīng)，按照特定的時(shí)刻表呈現(xiàn)出正常的生命現(xiàn)象，至于與其它生物互動(dòng)的反應(yīng)，就往往依賴(lài)隨機(jī)的結(jié)果。例如，一只羚羊能否逃脫一只獵豹的追逐，并不是由生物時(shí)鐘所掌握，而是由雙方的奔逃速度所決定。

生物時(shí)鐘的證明

如何證明昆蟲(chóng)體內(nèi)具有生物時(shí)鐘?這是一個(gè)相當(dāng)專(zhuān)業(yè)的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)者必須把環(huán)境中一切外界時(shí)間的訊息移除，讓昆蟲(chóng)在這種環(huán)境下生存，然后觀察它特定的生命現(xiàn)象是否出現(xiàn)固定周期的律動(dòng)。這種證明方式一般而言是相當(dāng)困難的，因?yàn)樵谧匀唤缡菬o(wú)法藉由觀察來(lái)確定其生物時(shí)鐘的存在。不過(guò)若造成昆蟲(chóng)產(chǎn)生時(shí)差，則能反證生物時(shí)鐘是存在的。因?yàn)橹挥性隗w內(nèi)生物時(shí)鐘與外界時(shí)間無(wú)法同步時(shí)，才會(huì)發(fā)生某些不正常的現(xiàn)象。

我國(guó)南部熱帶與亞熱帶區(qū)，四季并不分明，相對(duì)于生活在四季分明的溫帶區(qū)昆蟲(chóng)，需要利用休眠或遷徙來(lái)避開(kāi)寒冬，南方大部分的昆蟲(chóng)則不必經(jīng)歷這些嚴(yán)峻的環(huán)境考驗(yàn)。再加上昆蟲(chóng)壽命普遍都很短暫，因此以一年為周期的生物時(shí)鐘，在熱帶與亞熱帶區(qū)的昆蟲(chóng)體內(nèi)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。不過(guò)仍然有些生活在較高海拔山區(qū)及緯度較高地區(qū)的昆蟲(chóng)，由于冬季環(huán)境惡劣，就需要發(fā)展出具有年周期的生物時(shí)鐘，來(lái)適應(yīng)這種劇烈季節(jié)變化的環(huán)境。

一般而言，昆蟲(chóng)可以利用日照長(zhǎng)短當(dāng)作季節(jié)變換的指針，然而緯度正好跨在北回歸線(xiàn)上的地區(qū)，夏季與冬季的日照時(shí)間并沒(méi)有很大的差異，不過(guò)仍然有一些昆蟲(chóng)以日照長(zhǎng)短來(lái)代表季節(jié)變化。例如，蚜蟲(chóng)就保留有許多溫帶地區(qū)昆蟲(chóng)所特有的有性繁殖與無(wú)性繁殖世代交替的生活方式。在早春時(shí)，從受精卵孵化出來(lái)的雌蚜蟲(chóng)會(huì)在初級(jí)寄主植物上，以孤雌生殖的方式生長(zhǎng)繁衍。當(dāng)族群數(shù)量變大時(shí)，會(huì)飛到次級(jí)寄主植物上，快速以孤雌生殖方式繼續(xù)繁殖。至秋季來(lái)臨，有翅型的雌蟲(chóng)會(huì)再飛回到初級(jí)寄主植物上，仍然以孤雌生殖方式產(chǎn)出有性的雄蟲(chóng)與雌蟲(chóng)，二者會(huì)交配產(chǎn)出受精卵，就以這受精卵越冬，然后周而復(fù)始。

因此，在我國(guó)南方也可以發(fā)現(xiàn)一些壽命較短的昆蟲(chóng)具有年周律的生物時(shí)鐘，至于年周律時(shí)鐘與日周律時(shí)鐘是否為同一型?或二者之間以何種固定模式互動(dòng)?目前則尚未有定論。

自然環(huán)境充滿(mǎn)著不可預(yù)知的危險(xiǎn)。因此，動(dòng)物的生存之道，在于適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)，選擇正確的時(shí)間，做出合宜的行為。回到我們開(kāi)頭說(shuō)的蟲(chóng)子和鳥(niǎo)的問(wèn)題，如果蟲(chóng)子不早起，那么，早起的鳥(niǎo)也很難抓到蟲(chóng)子。這些復(fù)雜的情境與反應(yīng)，并沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)或智能的參與，而是千萬(wàn)年來(lái)自然選汰的作用，選出具有這套標(biāo)準(zhǔn)行為準(zhǔn)則的動(dòng)物，在特定的環(huán)境下，使它成功地生存繁衍。因此，我們可以預(yù)測(cè)，有早起習(xí)慣的蟲(chóng)子逐漸被淘汰掉，其后大部分蟲(chóng)子就不再早起，而特地起早的鳥(niǎo)也漸漸沒(méi)蟲(chóng)可吃。

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生物鐘研究的歷程

早在19世紀(jì)末，科學(xué)家就注意到了生物體具有“生命節(jié)律”的現(xiàn)象。上世紀(jì)初，德國(guó)內(nèi)科醫(yī)生威爾赫姆·弗里斯和一位奧地利心理學(xué)家赫爾曼·斯瓦波達(dá)，他們通過(guò)長(zhǎng)期的臨床觀察，發(fā)現(xiàn)在病人的病癥、情感以及行為的起伏中，存在著一個(gè)以23天為周期的體力盛衰和以28天為周期的情緒波動(dòng)。大約過(guò)了20年，奧地利因斯布魯大學(xué)的阿爾弗雷特．泰爾其爾教授，在研究了數(shù)百名高中和大學(xué)學(xué)生的考試成績(jī)后，發(fā)現(xiàn)人的智力是以33天為波動(dòng)周期的。于是，科學(xué)家們將體力、情緒與智力盛衰起伏的周期性節(jié)奏，繪制出了3條波浪形的人體生物節(jié)律曲線(xiàn)圖，被形象地喻為一曲優(yōu)美的生命協(xié)奏曲。

到了20世紀(jì)中葉，生物學(xué)家又根據(jù)生物體存在周期性循環(huán)節(jié)律活動(dòng)的事實(shí)，創(chuàng)造了“生物鐘”一詞。生物鐘的位置到底在何處?傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為，生物鐘應(yīng)該存在于大腦中，但對(duì)于具體位置的說(shuō)法卻又各不相同。有人認(rèn)為，生物鐘的確切位置在下丘腦前端，視交叉上核內(nèi)，該核通過(guò)視網(wǎng)膜感受外界的光與暗，使之和體內(nèi)的時(shí)鐘保持同一節(jié)奏。也有人認(rèn)為，生物鐘現(xiàn)象與體內(nèi)的褪黑素有密切的關(guān)系，由于褪黑素是由松果腺所分泌，因此生物鐘也應(yīng)該位于松果體上。

生物鐘的形成原因一直是個(gè)科學(xué)之謎。現(xiàn)在有外源說(shuō)、內(nèi)源說(shuō)和生物體與環(huán)境相互作用的綜合說(shuō)等。外源說(shuō)認(rèn)為，某些復(fù)雜的宇宙信息是控制生命節(jié)律現(xiàn)象的動(dòng)因。美國(guó)學(xué)者弗蘭克布朗博士認(rèn)為，人類(lèi)對(duì)廣泛的外界信息，如電場(chǎng)變化、地磁變化、重力場(chǎng)變化、宇宙射線(xiàn)，其他行星運(yùn)動(dòng)周期、光的變化、月球引力等極為敏感，這些變化的周期性，引起了人的生命節(jié)律的周期性。內(nèi)源說(shuō)認(rèn)為，生命節(jié)律是由人體自身內(nèi)在的因素決定的。對(duì)夜間活動(dòng)的倉(cāng)鼠的試驗(yàn)表明，在外界條件變化的情況下，如在與地球自轉(zhuǎn)方向相反的條件下，仍然有相似的節(jié)律。人在恒溫和與外界隔絕的地下，也表現(xiàn)出近似于24小時(shí)的節(jié)律，因此，人的生命節(jié)律是由人自身的因素造成的。綜合說(shuō)則強(qiáng)調(diào)人體與環(huán)境之間的相互作用。

人類(lèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了若干與生物鐘相關(guān)的基因，生物鐘不但影響人的身心健康，而且可以在治療疾病中發(fā)揮重要的作用。1997年《細(xì)胞》雜志上發(fā)表了一篇論文，科學(xué)家通過(guò)對(duì)上萬(wàn)只實(shí)驗(yàn)鼠的研究，發(fā)現(xiàn)了一只實(shí)驗(yàn)鼠的生物鐘周期是27小時(shí)，并定位克隆了這個(gè)核酸發(fā)生變異的基因，命名為“時(shí)鐘”基因(ClockGene)。后來(lái)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，某一個(gè)基因與果蠅的生物鐘基因“周期”呈現(xiàn)一定的序列類(lèi)似性，因此假設(shè)該基因是果蠅“周期”在哺乳動(dòng)物中具有同等功能的類(lèi)似基因。通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)“周期”基因有24小時(shí)表達(dá)節(jié)律，同時(shí)該基因的表達(dá)能隨光周期的改變而變化。這一發(fā)現(xiàn)因揭示了生物鐘的分子生物學(xué)基礎(chǔ)，被《科學(xué)》雜志評(píng)為當(dāng)年10大科技突破之一。

[責(zé)任編輯]李 金