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第23章 时间生物学是21世纪最重要的研究学科之一

(第一节)对时间生物学的研究

生命过程复杂奇妙,无时无刻不在演奏“生命节律交响乐”。时间生物学是生物学的重要研究内容,也是21世纪最重要的研究学科之一。生命节律研究的重要贡献,就是导致了现代时间医学的建立。对生命节律的探索将为现代医学的发展提供全新的认识思想和实践途径。

近年来,国际上对时间生物学研究十分重视,提出了时间病理学、时间药理学和时间治疗学等概念,生命节律是正常生理功能的一个重要组成部分,生命节律已成为研究临床、预防及基础医学的一个重要学科。

2004年8月8日至13日,第28届国际心理学大会在中国北京举行,来自85个国家和地区的近6000名中外学者出席了会议,在“脑、心理与行为的遗传机制”专题研讨会上,时间生物学这一国际热门科研课题成为会议关注的焦点,人们对掌握生命节律的作用产生了极大的兴趣。

在此次国际研讨会上,来自美国的两位华裔学者孙中生、丁健明分别做了“对生物钟从行为到分子多层次研究”、“时间生物学与时间医学”的相关报告。他们介绍,人类已经发现了12个与生物钟相关的基因,生物钟不但影响人的身心健康,而且可以在治疗疾病中发挥重要的作用。

这两位研究者认为,人体24小时晚睡早起的节律,展示了生物钟的精确性和稳定性。在24小时中,体温、心跳、内分泌等生命指标乃至记忆、情绪是不一样的,科学研究已经确认这种生命节律是由遗传和环境相互作用形成的。

(第二节)生物钟机理的研究

美国神经学家奥拉西奥·伊格莱西亚最近通过动物实验发现,哺乳动物体内可能存在不止一个生物钟,这或许就是导致时差综合征等现象的原因。尽管研究人员是用老鼠做的实验,但他们认为,该发现适应于所有哺乳动物。在正常情况下,哺乳动物体内的两个生物钟步调一致,告诉机体的其他器官执行各种功能。但是,当光明与黑暗的交替规律被打乱时,两个生物钟便各自行动。比如,人在经历了跨时区的长途飞行后,身体已经在激素的作用下做好了工作准备,而人的睡眠周期仍停留在困顿状态,美国科学家的此项研究,无疑为哺乳动物生命节律研究开辟了另一条道路。

一项研究揭示了生物钟与免疫系统的关系。瑞士苏黎世大学医院的研究人员发现,当人患上某些传染病或免疫性疾病时,免疫系统中一种名为TNF—α的细胞因子会干扰几种生物钟,抑制几种生物钟基因的表达,诱发身体呈现疲劳感,让人嗜睡。这项研究发表在美国《国家科学院学报》上。

最近,日本科学家根据老鼠体内一些基因的活动情况,编制出老鼠的正常生物钟“时刻表”。发现有168个基因在白天和夜里发生周期性增加和减少,从老鼠的肝脏中取出基因,用DNA芯片加以破译,然后和“时刻表”对照,可以发现老鼠体内生物钟表示的时刻。如果此方法能运用到人体,则可以轻而易举地发现人体生物钟的错乱,有助于失眠、忧郁症等疾病的诊断和治疗。

不过,这些研究还多数限于针对昼夜节律,而针对人体体力、情绪和智力三节律机理的研究还极少。

(第三节)震惊世界的基因组破译

一、钟基因的发现

基因组破译工作震惊了整个世界,有人把此事比喻为登月计划。人类基因代码草图绘制完毕,这是本世纪医学革命的里程碑。基因组又被誉为"生命天书",人类基因组估计的6万—10万个基因,由大约30亿个碱基对组成,分布在细胞核的23对染色体中。它们按特定次序组合起来,包含了人类生长发育的全部遗传信息。基因组排序破译后,生老病死之谜将被揭开。

美国《科学》杂志报道,通过动物实验,科学家发现在果蝇体内存在一种“周期”基因,该基因有24小时表达节律,同时该基因的表达能随光周期的改变而变化。这一发现揭示了生物钟的分子生物学基础。?

到目前为止,已经发现多达数十个的生物钟基因,它们的协同作用让生物钟维持稳定走摆。

二、后基因组(蛋白质组或称功能结构基因)的研究

众所周知,蛋白质是遗传基因和新陈代谢之间的桥梁,所以,关联生物钟基因和代谢功能的蛋白质,就是生物钟的传媒。宾夕法尼亚大学的研究人员发现了一种存在于身体大多数细胞内的Rev—erb蛋白可以抑制生物钟基因bmal和clock的表达。在一个正常的24小时生理周期内,细胞中的Rev—erb蛋白质是无效的,因此bmal等生物钟基因的蛋白质得以表达。?

最近,加州大学的科学家再次发现了一种和生物钟基因的功能表达直接相关的蛋白质SIRT1,最有意思的是,这个分子同时也是调控细胞能量代谢的重要分子等。

基因组将是未来医学的基础。除了外伤,人的一切疾病都与基因受损有关。诸如遗传癌症、糖尿病、心血管病等等。但是,在找到这些疾病的疗法或开发出相应的疫苗以前,研究人员可能有很长的一段路要走。人类基因组草图绘制完毕,说明人自身有关遗传的秘密正在被揭开。生物最基本的活性物质表现为蛋白质,下一步就是后基因组研究,或叫蛋白质组或称功能结构基因的研究,其序列、编码、作用的探讨可能要比基因组的研究更艰难,最迟21世纪中叶才能完成。

从微观的分子生物学来看,人类全部生老病死的秘密包含在基因组里。人们将会找到了一个了解生命本质的最捷途径。

三、对基因组研究的质疑

但是,很多科学家怀疑,即便它的特定基因组被破译,合理地读懂其中的含义是极其困难的。人类基因组中究竟有多少基因?这些基因是如何调控的?这些基因都编码什么样的蛋白质?这些蛋白质又有何种结构和功能?它们彼此之间又如何相互反应?现在还不清楚,可谓任重而道远。

华裔著名物理学家诺贝尔奖获得者李政道博士指出:要知道生命就得研究基因,知道基因就可能会知道生命。我觉得……仅是基因并不能解开生命之谜,生命是宏观的。21世纪微观和宏观应结合成一体。微观与宏观的结合将是21世纪生物学发展的必由之路。未来的生物学将在宏观与微观的结合部取得许多重大的突破。

(第四节)对中国老文化的学习热

一、《黄帝内经》

早在5000多年前,中国的医书—《黄帝内经》就系统地论述了外界环境中各种周期性变动因子对人体生理、病理的影响,认为“人以天地之气生,四时之法成”,“四时阴阳者,生命之根本也”。其中记载的周期主要有四时周期、昼夜周期、七日周期、十日周期、十二日周期,十五日周期、六十日周期、十月周期、五年周期、六年周期、七年周期、十年周期、十二年周期、六十年周期等等。国外有的学者认为,认识和学习《黄帝内经》是研究生命节律的最好途径。

二、易学热

随着科学的日新月异发展,科学家们的困惑也在不断增多。近三十多年来,海内外不少专家、学者把目光瞄准了中国古典哲学——易学。

1、太极图与太极曲线

太极曲线是世界上最完美的生命线,它是宇宙万物进行太极运动留下的永恒轨迹。太极曲线恰如其分而形象地表示宇宙万物阴阳互生互化的普遍规律。王锡玉先生的《古太极八卦图的天机何在》说得好:“古太极八卦图,是宇宙数理论、宇宙物理论、宇宙生物理论的最高结晶,是人类祖先留给后代建立自然科学完整理论体系的奠基石。”“古太极图的图形由两部分构成。一是中心的阴阳相交,归于太极,揭示了宇宙场的物理图,二是其外围的奇偶(数)相交,归于太极,揭示了宇宙数的数理成因。宇宙场和宇宙数统一,就是太极图的全部含义”。

著名数学家莱布尼茨赞道:“易图是流传于宇宙间科学之最古老的纪念物。伏羲是古代的君中王,世界知名的哲学家。并且是中华帝国和东洋科学的创造者。”正是中华太极图,启示他发明了二进制,使他成为“现代计算机科学之父”。

有人说:太极曲线表示“粒子波动性”,“天体圆运动轨迹在水平面内的投影”以及“太阳回归年的阴阳周期节律。”还有人认为,“太极曲线既反映了人体阴阳的自振荡节律,又代表人居于天地之间,靠天地之精气以生存的自然现象,天地阴阳消长变化,时刻左右着人体的生命曲线。”

生命节律的正弦曲线图形近似于太极曲线图形,或许,生命节律的正弦曲线表达方式就是受之于太极曲线图的启示。

2、易学热

《易经》被遵为“群经之首,大道之源”。“太极”是易学研究的一个重要概念,“太极者,天地万物之始也”,“因而大以成大,小以成小,大之而立天地,小之而悉秋毫,深然太极之理,无所不在。”“阴阳者,天地之道也。万物之纲纪,变化之父母,生杀之本始,神明之府也”,《易经》之博大精深由此可见一斑!

据媒体报道,“在世界范围内酿成易学热,西方人不仅把这部古老的经书当作了解中国人思维方式的一个具体范例,同时更把它当作依然具有新的思想活力和文化潜能的经典来研究,从中得到理论上和方法上的启示。”“在西方,哲学家对《易经》热忱关注,新一代思想家几乎对《易经》都有所染指。现代科学的广大领域,从分子生理学、遗传学、量子物理学到计算机科学、管理科学,其理论研究中遇到的问题和困难,都可以在一定程度上用‵易理′来加以说明、阐释,乃至找到新的研究方案。现在几乎造成了这样一种学术态势:现代科学研究路路都通向《易经》。”因此,有人说中国文化的本质是阴阳学说,也有人说易学与科学的结合可以促进后现代科学的诞生,还有人称其为有机宇宙论,以示与西方机械宇宙论之区别。这种有机宇宙论适宜于对原子和亚原子层次,特别是对生命现象和精神生活来讲非常有用。

(第五节)我们能做些什么?

虽然生命节律现象早就被人们发现,但是,直到现在,有许多东西还没有搞清楚,未知的东西远远超过已知的答案,生命科学是高度繁难、深邃的科学,众多的难点和数不清的问题,类比和借鉴往往给我们带来新的启发。全球每年死于各种慢性病,如心脑血管病、癌症、糖尿病的多达2000—3000万人;全球每年仅死于交通事故的人数就达130万人,受伤人数则达5000万人;全球每年死于工伤事故的人数比死于交通事故的要多数倍;全球每年死于暴力事件的有多少人?在这些几乎不可抗拒的危害面前,我们能做些什么呢?人的生命是世间最宝贵的,为了挽救这最宝贵的生命,我们能做些什么呢?或许生命节律为我们提供了一种便携而有效的科学手段。

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