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萬物有時
雖然科學對於生物時鐘的研究尚未透徹,人類也不甘受制於大自然,但我們仍然應該試著傾聽身體內在時鐘的呼喚。


撰文/潘震澤
書名:現在幾點鐘?
作者:佛斯特(Russell G. Foster)、克萊茲曼(Leon Kreitzman)
譯者:黃榮棋
出版時間:2005年12月
出版公司:天下文化



生理學裡有個「一以貫之」的重要觀念,稱為「恆定」(homeostasis),其要旨是:生物體內的一切生理活動,都是為了維持一個穩定的內在環境而存在。對人類來說,這個內在環境指的是包括血液在內的細胞外液,體內所有細胞都浸置其中。至於維持在穩定狀態的「參數」,則包括體溫、滲透度、酸鹼值、離子濃度、氧分壓、葡萄糖濃度等,這些都是細胞存活所必需。

當然,這些參數並非一成不變,隨時都在上下波動;但只要它們偏離「設定值」稍遠,就會啟動體內特定的監控機制,再經由負回饋的作用,將偏離的參數回歸正常。萌芽於19世紀,並橫亙整個20世紀的生理學研究,絕大部份都在探討生物體內維持恆定的各種機制。至於研究的模式,通常是觀察並記錄各種生理參數在遭受天然或人為的擾動後,如何恢復正常的過程;因此,這種類型的研究,著重在反應式的生理機制,好比一個口令,一個動作。

然而,生物體內還有些生理變化卻是可預期的,像是生長、發育、老化與生殖週期等,不需要外來的刺激,就會自然而然發生。生理學家很早就知道:代謝率會隨著年齡增高而遞減、血壓則遞增、基礎體溫會隨女性生殖週期而變化;至於懷孕期間的生理大幅改變,更是明顯。因此,生理學家在進行活體實驗時,選擇年齡相近、性別相同、體重相當的實驗動物或受試者,是實驗成功的第一步。

不過,生物體內還有一項可預期的變化,卻是許多實驗及醫護工作者所忽略的,那就是生物體擁有各式各樣的週期變化,從細微至每分每秒,到每幾小時、每天、每個月、每年,甚至每幾年出現一回的改變,所在多有。這種週期性變化的幅度,有些可達幾十倍之多,好比某些激素的分泌量;有些則較細微,好比人體體溫早晚可差個0.5~1℃左右。

像這樣的週期改變,是生物為了適應天然環境的變化,而演化得來的。不能夠在一天、一季或一年當中的理想時間,進行覓食、生殖、遷徙及休眠的生物,註定會遭到天擇的淘汰而滅絕;這一點不只是想當然爾的理論,而確實有田野實驗的證據。對進行活體生物實驗或是醫療行為的人員來說,這方面的知識也提供莫大的好處。固定在適當時間進行取樣或施藥,將得出顯著的結果;否則,生理參數本身於不同時間的變異,可能掩蓋了實驗處理的效果,而得不出結論來。

話雖如此,身體週期變化的研究及發現,卻一直沒有進入主流,也持續遭受忽視。在筆者本行的內分泌學研究裡,不註明取樣時間的研究報告,比比皆是;臨床報告裡,顯示服藥時間可能影響藥物作用效果的發現,也為多數醫生所忽略。至於一再有人指出,許多人為災難都發生在午夜過後到清晨時分,一般人最想睡覺、注意力最不集中的時段,也不見得引起多少預防措施。還有,延後各級學校上學時間、讓學子多睡一些的呼籲,也未見落實。凡此種種,看在研究生物時鐘的人眼裡,難免憂心忡忡。

生物體內擁有內在時鐘的觀念,起源甚早,從微生物、植物到動物身上,都看得到其蹤影;然而,生物時鐘究竟位於身體何處、以何種機制產生,以及如何調控全身各式各樣的週期變化,可是花了研究人員幾十年的功夫,才有目前的了解。例如多數脊椎動物的生物時鐘所在——視叉上核(suprachiasmatic nucleus),早在35年前就得到確認;果蠅羽化的約日週期(circadian cycle)受基因突變的影響,也在35年前發現;第一個與週期控制有關的時鐘基因,已有20來年的歷史;事實上,果蠅以及倉鼠的約日週期,可是最早在基因層面得到解釋的動物行為。凡此總總,都顯示了時間生物學的重要性。

然而,出了狹窄的研究圈子,多數人士似乎並不了解、也不大在乎自身的週期變化。究其緣由,可能與人類一向不甘臣服大自然的天性有關。對於「改變環境以適應自身的需要」這一點,人類可是出了名的在行;就算是夜幕降臨,人也不甘就此停止活動,秉燭夜遊者,自古已有。當電燈發明以後,人類的活動更是不受黑夜的限制:除了許多實行三班制的服務業及工廠,整晚必須有人輪班外,大都市裡多采多姿的夜生活,以及各種家庭娛樂,像電視、影碟、網路、遊樂器等,在在吸引著現代人。想要讓大家放棄這種自由,回歸日出而作、日入而息的生活,幾乎是不可能的任務。也因此,許多現代人大概在潛意識裡就不想去了解體內的週期變化,也不願意接受自己的身體可能還受到某些自發性週期的限制與影響。

筆者在讀完《現在幾點鐘?》這本書之後,心頭的感覺卻有些複雜。一方面,關於時間生物學的發展史及現況,這本書是近年來報導最詳盡的一本;作者之一佛斯特是這一行裡知名的研究者,譯者也是國內少數研究視叉上核的專家,因此成品是讓人信得過的。但另一方面,我又有曲高和寡的擔憂;到底有多少讀者能從書中的說明,曉得視叉上核是個什麼東西?重要性何在?相位(phase)是什麼?何謂相位反應曲線?在談到時鐘基因時,有多少人能跟得上層出不窮的基因名稱及其作用?再來,從視叉上核到松果腺(pineal gland)、從約日週期到約年生殖、遷徙週期之間的聯繫,又有多少人弄得清?

筆者會有這樣的疑慮,是從教學經驗裡得來的。由於時間生物學的重大發現,都在近30年內完成,入門生理學教科書裡,幾乎都語焉不詳,甚或略而不提;因此筆者在研究所的課程裡,都要花幾堂課的時間,從解剖談到生理,再從活體談到細胞,學生才可能有初步的認識,可以進一步閱讀原始文獻。再者,這一行裡還有太多細節,仍未釐清;《現在幾點鐘?》裡對於不同物種的諸多時鐘基因、同一物種當中的多重時鐘,以及褪黑激素(melatonin)的作用等,話都不敢說得太滿,而語多保留。對研究人員來說,這是正常現象,也是好事,代表還有許多題目可以研究;但對大眾讀者而言,就可能造成困擾。有心披閱《現在幾點鐘?》的讀者,心理要有所準備,盡量從大處著眼,而不必拘泥細節。

人類對環境的掌控,已使得人類生殖脫離了季節的限制。從多數現代人對夜生活的喜愛,以及全年無休活動型態的普及看來,有朝一日,人類或許也能拋棄日夜週期的包袱。只不過在那之前,我們還不宜太過任性,得學著傾聽內在時鐘的呼喚。

【本文轉載自科學人2006年4月號】

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