封面故事
VOL:42期

滴答滴!身體藏了大時鐘

封面故事張容瑱

「現在幾點?」你低頭看了一下手錶,發現現在是八點鐘,糟糕!快要遲到啦,加緊腳步吧!

現代社會中,大部分的人都遵照時間和日曆,過著規律的生活,以你來說,就是起床、上學、回家、寫功課、玩、睡覺......升上下一個年級。其實,野外的動物和植物也跟你一樣,會在每天、每年固定的時間做差不多的事情,像是睡眠、覓食、生長、開花、繁殖等等,只不過它們沒有手錶,也沒有日曆,怎麼能讓生命始終保持著規律的運作呢?難道是身體裡內建了「計時器」?

沒錯!這個與生俱來的計時系統,能左右生物的生理活動與行為,稱為「生理時鐘」。人類是大自然的一份子,當然也不例外!但你聽不見它在滴答滴,因為它不是用指針和電池做的,也沒有齒輪與發條。

這個神祕的時鐘究竟怎麼運作?如何掌握地球的節律?又如何呼應地球的步調呢?一起來認識它吧!計時──開始!

晝夜二重奏

「鈴─」每天早上鬧鐘一響,你就得起床準備上學去。到了晚上,你會自然覺得昏昏欲睡,上床睡覺;等到白天再度降臨,又再一次甦醒、恢復活力。你的身體習慣「日出而作,日入而息」,野外許多動物也跟你一樣,以一天24小時為週期,就連植物也一樣,許多植物的葉片和花朵在白天時會平展張開,到了傍晚下垂閉合,日復一日,循環不已。

為什麼人和大自然裡的生物會以這種24小時的週期運作呢?這是因為我們所在的地球是顆充滿節律的星球:它以地軸為中心不停自轉,產生了白天與黑夜的變化。萬物生活在地球上,為了生存下去,都得配合這個節奏活動。地球自轉一圈要24小時,晝夜交替也就以24小時為週期。

除了光線的明暗變化,氣溫、濕度等也都有24小時的週期變化。生物體內以晝夜24小時為週期的生理時鐘,稱為「約日節律」,每個週期大約就是一日。

約日節律是生物體內最普遍的生理時鐘,除了「睡眠與甦醒」的週期,你的體溫、血壓、荷爾蒙的製造與分泌、腸胃蠕動和新陳代謝等各種生理活動全都配合著晝夜交替。舉例來說,你體內的一種荷爾蒙「褪黑激素」就會在晚上大量分泌,讓你想睡覺;到了天明時停止分泌,你就會逐漸清醒。

生理時鐘交響樂團

你的身體是怎麼知道現在是白天還是晚上,並讓身體各部位的運作與外在時間同步呢?靠的是大腦裡的控時大總管「視叉上核」。

視叉上核由大約兩萬個神經細胞組成,位於兩個大腦半球之間、兩眼視神經交叉的上方,主要負責統整、調校全身各部位的生理時鐘。當陽光和氣溫等外在環境的訊息傳到視叉上核之後,它會整合這些訊息,再把關於節律的訊號傳送給腦部和身體各個部位,讓全身的生理時鐘與外在環境同步,在最恰當的時機進行各項生理活動,像是睡覺、消化、排尿和分泌荷爾蒙等等。

簡單來說,大腦的視叉上核就是「生理時鐘交響樂團」的指揮,身體各部位的生理時鐘就是樂團團員。在視叉上核的指揮下,全身各部位的時鐘抓準節奏、相互配合,讓身體能順利應對環境的變化。

[更多詳細內容請參閱《科學少年》2018年05月 ]