生命的韻律
2008-05-03 00:45
時間一向是令人著迷的觀念與現實；撇開哲學家、物理學家對時間的複雜定義不論，對生物來說，時間就是生命的本質。無論是生活在非洲草原的動物，還是在高速公路上奔馳的現代人，估算迫近的獵食者或與前方車輛相隔的時間（距離除上速度），可是攸關生死的能力。再者，地球上幾乎所有生物都受到日升日落、四季更迭的影響，要是未能與地球的物理時間取得協調，也將難以存活。最終，凡是生物都免不了一死；至於生物體內何種機制負責計算並限制了生存的年限，則是更為重大且切身的問題。
對物理學家來說，時間是客觀的現實；對生物本身，則是主觀的認定。同樣長短的時間，在不同的情況下可能造成不同的感受，是每個人都有過的經驗。美國杜克大學的梅克（Warren Meck）與哥倫比亞大學的吉朋（John Gibbon）提出了腦中「間距計時」的理論，對於人主觀的時間認知提供了解釋。當我們專注於某件工作，忽視了時間的進行，或是患了神經病變或使用藥物，造成內在的間距計時器速度變慢，我們以為才只過了一會兒的時間，卻可能大半天已過去。反之，處於緊張的時刻或使用興奮性藥物，造成間距計時器的加速，以至於我們以為已經過了好長一段時間，其實才不過一下子而已。這些都是人類對時間長短的主觀感受與實際情況有所差異的例子，曉得這些，也足以提醒我們主觀感覺之不可恃。
生物學家了解最清楚的生物時鐘，要屬於計量接近 24 小時變化一回的約日週期（circadian rhythm）。早在 18 世紀初，就有法國的科學家發現，就算在全暗的房間裡，含羞草的葉片依舊維持約每 24 小時開闔一次的韻律，如同在室外一般。接著，19 世紀的醫學書籍中，也提到人的體溫隨著一天的時間而有所變化。然而，直到 20 世紀後葉，一直沒有多少生理學家及醫生重視這一點，多數研究及醫療行為的執行，毫不考慮一天當中的時間因素。至於中國民間傳統及道家的養身，雖然相當重視時辰的觀念，但其背後卻不見得有什麼道理可言。
真正對人體內在約日韻律有清楚的認識，是在所謂「沒有時間」（time-free）的情況下發現的，也就是在地底洞穴或與外界隔離的密閉空間中，進行十天半月以上的生活實驗。這些已有 40 多年歷史的研究結果發現：不單是受試者的體溫、作息時間仍維持接近 24 小時的週期，就連血壓、排尿量、肌肉張力，以及血中好些荷爾蒙的含量等，都展現類似的週期變化。這種每日定時出現、可預期的生理變化，是以往研究反應式生理變化的生理學家所不熟悉的現象，因此也開啟了「時間生物學」（chronobiology）這門研究。
早期研究實驗動物的約日週期，多以計量活動、進食或飲水等外在表現，以及由松果腺所分泌的褪黑激素（melatonin）作為指標；由此可以明顯看出這些活動與光暗週期之間，具有明顯的同步關係。日光是造成內外週期同步最有效的刺激；光線在抵達視網膜後，要經過至少五個神經聯繫，才會送到腦中的松果腺；這條神經解剖通路的發現，已有 20 來年歷史。由於光線的訊息對松果腺造成抑制，因此由松果腺製造的褪黑激素都在夜間分泌；這一點，無論是日行性或夜行性動物都一樣。所以同樣是褪黑激素，對不同的物種則可能傳達不同的訊息。這在不同季節進行生殖的動物身上，可找到另一例證。
早期以倉鼠這種在長日照季節生殖（long-day breeder）的動物為研究對象，發現當時序進入秋季，日照變短，褪黑激素的分泌時間隨之提前時，雄倉鼠的睪丸便出現萎縮，雌倉鼠的動情週期也停頓下來；直到來年春天到來，日照時間逐漸增長，才又恢復。根據這樣的發現，就有人推論：過多的褪黑激素對生殖力會造成抑制；其實那只看見了事實的一面而已。對短日照季節生殖（short-day breeder）的動物而言，如溫帶的鹿類，牠們可是入秋之後才開始發情，進行交配，與倉鼠完全相反。其中緣由是倉鼠的懷孕及成熟期都短（總共約兩個月），新生鼠可於該年冬季來臨前就已成熟獨立；而鹿的懷孕成熟期長，唯有在秋末冬初懷孕，春天生產的幼鹿才能存活過冬（注）。所以說，褪黑激素對生殖不見得就是抑制作用，端看生物本身及環境的狀況而定。
至於像人類這種生殖功能不受季節限制的物種，褪黑激素對生殖的影響就微不足道了。雖然現代社會人工照明普及，可以說已脫離了黑夜的束縛，但人類還是屬於晝行夜伏的動物，因此褪黑激素對人類也有降低體溫、促進睡眠的作用。就算人體生理對環境有極佳的適應彈性，但長時間日夜顛倒造成內外週期的紊亂，好比經常越洋飛行以及從事三班制工作的人士，其生活品質及身體健康都不會太理想。
二十世紀後葉，時間生物學的研究有許多重要的里程碑。舉例來說，1962 年提出隔離環境的實驗結果、1971~1972 年發現第一個週期有所突變的果蠅，以及哺乳動物腦中生物時鐘的所在──視叉上核（SCN）、1982 年顯示離體的 SCN 神經細胞具有 24 小時週期變化的放電頻率、1984 年發現第一個果蠅的週期基因 per、1990 年報告移植的 SCN 可以決定宿主的約日韻律等。近年來更隨著週期性表現的基因及其蛋白質的數目愈形增多，我們對約日韻律在細胞層次的調控機制也了解得更透徹。
一般讀者不免要問，時間生物學的相關發現對我們的日常生活有什麼幫助？嚴格說來，目前幫助還不大。對於出現時差及季節性情緒失調人士，褪黑激素及光照療法是有用的做法，對輪班方式也可提供些建議。至於失去了局部或全身週期變化的控制，除了造成作息時間紊亂外，是否也是其他疾病之源，還有待進一步研究。隨著現代生活的便利，24小時無休的行業逐漸增多，現代人生活作息被攪亂的機會也隨之增大。學著聆聽自己內在週期的韻律，不刻意違逆身體自然的需求，還是最基本的養生之道。
注：有部 1946 年的老片叫《鹿苑長春》，英文片名 The Yearling，指的就是熬過第一天冬天，開春滿一歲的小鹿。至於《小鹿班比》這部卡通片就把鹿的生殖季節提前到春暖花開時節了。
摘自《生活無處不科學》（三民書局，2005）
原載 2002 年 11 月號《科學人》
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