光變：夜不眠的生態(tài)效應(yīng)

地球的自轉(zhuǎn)帶來(lái)了日夜交替，在演化的過(guò)程中，各類生物均適應(yīng)了這種周期性變化。從宏觀角度來(lái)看，地球上白晝與黑夜的時(shí)間大致相等。然而，隨著科技的進(jìn)步，人類通過(guò)各種方式延長(zhǎng)了光照時(shí)間。如今，城市和鄉(xiāng)村的照明設(shè)施日益完善，許多國(guó)家的都市地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全天候的照明，幾乎消除了黑夜。然而，持續(xù)的夜間光照對(duì)人類和其他生物演化的影響尚未被充分理解。

最近，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)的研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)研究，發(fā)現(xiàn)北京城市路燈旁的樹(shù)木葉片遭受的蟲(chóng)害損失比農(nóng)村地區(qū)的樹(shù)木要少。為了更準(zhǔn)確地評(píng)估這一現(xiàn)象，研究人員對(duì)北京30個(gè)不同地點(diǎn)的180棵受路燈照明影響的樹(shù)木進(jìn)行了觀察和研究。他們測(cè)量了每棵樹(shù)接收到的光照量，其中一些樹(shù)靠近發(fā)出特有橙色光芒的鈉路燈，還有一些樹(shù)在夜晚幾乎完全處于黑暗中。接著，研究人員分析了近5500片葉子的多種特性，如葉片的韌性、氮含量、鞣質(zhì)含量和水分含量等。

通過(guò)研究這些植物的特性，研究人員可以更好地理解植物如何適應(yīng)環(huán)境并維持生存。鞣質(zhì)，又名單寧，是植物細(xì)胞中的一種防御性化學(xué)物質(zhì)，能夠封鎖蚜蟲(chóng)的口腔，阻止它們侵害植物，同時(shí)也能保護(hù)植物免受紫外線的傷害。在自然光照條件下，植物會(huì)將能量投入到自我防御中，變得更堅(jiān)韌，并增加鞣質(zhì)等化學(xué)物質(zhì)以進(jìn)行化學(xué)防御。研究發(fā)現(xiàn)，夜間人工光照越強(qiáng)，城市樹(shù)木的葉片就越堅(jiān)韌。在人工光照最強(qiáng)烈的地區(qū)，樹(shù)木的葉片最為堅(jiān)韌，并且沒(méi)有被昆蟲(chóng)食用的跡象。

這種現(xiàn)象得到了其他科學(xué)研究證據(jù)的支持。例如，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，槐樹(shù)的葉子在有路燈照射的區(qū)域受損率僅為2.1%，而在黑暗區(qū)域則高達(dá)5.3%。同樣，美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，賓夕法尼亞州的綠梣樹(shù)在路燈附近的葉子的受損率為2%，而在黑暗區(qū)域則為4.1%。不過(guò)，研究人員指出，光照減少了昆蟲(chóng)對(duì)葉子的取食，會(huì)導(dǎo)致昆蟲(chóng)和鳥(niǎo)類能量輸入減少，這可能會(huì)引發(fā)連鎖反應(yīng)，進(jìn)而影響該地區(qū)的生物多樣性。此外，長(zhǎng)時(shí)間光照使樹(shù)葉變得更堅(jiān)韌，可能會(huì)減緩葉子的分解過(guò)程，從而改變樹(shù)木下方和周?chē)寥赖幕瘜W(xué)成分。

2021年，英國(guó)生態(tài)與水文中心、紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)等機(jī)構(gòu)合作的一項(xiàng)研究顯示，新型LED路燈對(duì)昆蟲(chóng)的影響更為嚴(yán)重。與未照明區(qū)域相比，鈉路燈使樹(shù)籬中的飛蛾幼蟲(chóng)數(shù)量減少了41%，而LED路燈使飛蛾幼蟲(chóng)數(shù)量減少了52%。研究人員推測(cè)，路燈可能干擾夜間飛蛾的產(chǎn)卵行為，并增加它們被蝙蝠等捕獵者發(fā)現(xiàn)和捕食的風(fēng)險(xiǎn)。英國(guó)鳥(niǎo)類信托組織也發(fā)現(xiàn)，生活在人造光源附近的知更鳥(niǎo)和烏鴉等鳥(niǎo)類會(huì)在夜間鳴叫和覓食，而生活在路燈附近的藍(lán)山雀則會(huì)提前幾天產(chǎn)卵。

在古代，由于缺少人工照明，人們的生活遵循著自然的節(jié)律，日出而作，日落而息。然而，隨著人造光源的普及，人類的活動(dòng)不再受限于日光，在夜間工作成為可能，極大地提升了生產(chǎn)力和產(chǎn)出。同時(shí)，這也意味著人們?cè)絹?lái)越多地暴露在人造光源之下，即使不在夜間工作，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的普及也讓人們?cè)谌嗽旃庠粗卸冗^(guò)更多的時(shí)間。這種光照時(shí)間的增加，無(wú)疑會(huì)對(duì)人類的生理和健康產(chǎn)生影響。

以往的研究已經(jīng)表明，長(zhǎng)時(shí)間暴露在人造光源下與肥胖風(fēng)險(xiǎn)的增加有關(guān)，增幅為13%～22%。基于這些發(fā)現(xiàn)，研究人員開(kāi)始懷疑這種暴露是否同樣會(huì)增加人們患糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)。最近，澳大利亞莫納什大學(xué)和美國(guó)得克薩斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一項(xiàng)研究，為這一疑問(wèn)提供了肯定的答案。研究人員利用1300萬(wàn)小時(shí)的光傳感器數(shù)據(jù)，深入分析了個(gè)體光照暴露的具體模式與2型糖尿病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)之間的潛在聯(lián)系。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，夜晚（00：00—06：00）暴露在人造光源下且光照亮度更高的參與者，患2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)更高，二者呈正相關(guān)關(guān)系。與夜間光照暴露為0～50%的參與者相比，夜間光照暴露為90%～100%、70%～90%和50%～70%的參與者患2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)更高。與夜間光照暴露水平最低的參與者相比，夜間光照暴露水平更高的參與者患2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)增加了67%。

這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)，白天（07：30—20：30）暴露在自然光的強(qiáng)光之下，患2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)更低，二者呈反向相關(guān)關(guān)系。相比于白天光照暴露為0～50%的參與者，白天光照暴露為90%～100%、70%～90%和50%～70%的參與者患2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)更低，這表明，自然光可能對(duì)人更有益。

糖尿病的成因復(fù)雜多樣，要準(zhǔn)確評(píng)估光照對(duì)該病的影響，必須先排除其他潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素，如心血管代謝風(fēng)險(xiǎn)因素、睡眠質(zhì)量和時(shí)長(zhǎng)、晝夜節(jié)律模式、光照周期、心理健康狀態(tài)以及夜班工作的影響。在這些因素得到控制之后，研究顯示，較長(zhǎng)的夜間光照時(shí)間與2型糖尿病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增加呈現(xiàn)正相關(guān)。此外，該研究還證實(shí)，夜間光照時(shí)間的延長(zhǎng)導(dǎo)致糖尿病風(fēng)險(xiǎn)上升，與晝夜節(jié)律的紊亂密切相關(guān)。

關(guān)于糖尿病和肥胖，科學(xué)家提出過(guò)“節(jié)儉基因”假說(shuō)。根據(jù)這一假說(shuō)，在人類早期的演化過(guò)程中，由于生產(chǎn)力有限，人們往往會(huì)在食物充足時(shí)儲(chǔ)存更多的脂肪，以便抗過(guò)饑荒時(shí)期。然而，在現(xiàn)代社會(huì)，這種基因傾向可能導(dǎo)致人們更容易積累脂肪，從而增加了罹患糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)。與之類似，古代人類每天僅受到大約12小時(shí)的自然光照，而現(xiàn)代的人造光源卻使得人體受到光照的時(shí)間可延長(zhǎng)至全天24小時(shí)，這擾亂了人體的正常生理節(jié)律。因此，光照變化可能成為誘發(fā)肥胖和2型糖尿病的重要因素。

此外，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，與人造光源相比，暴露于自然光照下不僅有助于降低肥胖和糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)，還能預(yù)防近視。科學(xué)研究表明，青少年每天在戶外自然光照下活動(dòng)至少1小時(shí)，可以顯著降低近視發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。可見(jiàn)，平衡自然光和人造光源的暴露時(shí)間，維護(hù)健康的晝夜節(jié)律，對(duì)促進(jìn)現(xiàn)代人類健康具有重要意義。

【責(zé)任編輯】張小萌