2017诺奖与生物钟

------人眼新问〔12〕人眼与生物钟是什么关系？

都世民(Du Shimin)

摘要：本文主要讨论什么是生物钟？生物钟是系统机制还是分子机制？诺贝尔奖为什么颁给生物钟分子机制？生物钟搞清楚了吗？笔者提出一些疑问，对此先做简要讨论。

关键词：生物钟，睡眠，人眼，诺贝尔奖，分子机制。

The 2017 Nobel Prize and the Biological clock

-- Human Eyes [12] What is the relationship between human eyes and biological clock?

Du Shimin

Abstract: What is the biological clock?Is the biological clock a systemic or molecular mechanism? Why the Nobel Prize for biological clock molecular mechanism? Is the biological clock clear? I put forward some questions, to do a brief discussion.

Keywords: biological clock, sleep, human eyes, Nobel Prize, molecular mechanism.

一．引言

2017年的诺贝尔生理学或医学奖奖给了三位美国生物学家：遗传学家杰弗里·霍尔（Jeffrey C. Hall），分子生物学家迈克尔·罗斯巴什（Michael Rosbash）以及迈克尔·杨（Michael W. Young）。奖励他们在发现控制生物昼夜节律的分子机制上做出的重要贡献。［1-4］

文［1］指出：揭示生物钟的分子构成和运行机理对我们了解生命、生命的演化和生命的活动具有重大的理论意义，同时也对治疗由于生物节律失常造成的人类疾病有着重要的应用价值.对生物钟行为的机理研究，也首次建立了行为和基因之间的关系，克隆了第一个行为基因，为行为的遗传学和分子生物学研究奠定了基础。

物质的周期性运动就是钟，生命物质的周期性运动就是生物钟。这种说法对吗？我们生活的环境中的季节，也是周期性的，宇宙是有宇宙钟吗？地球自转一周是重复的，地球钟存在吗？我们的整个生命都在钟的掌控之中吗?生物钟是人类的工具，还是他控制人体这个小宇宙？

现代科技探索，都注重于微观层面，特别是在生物医学方面更是如此，知名教授饶毅和施一公，他们的文章和演讲，最后都是以诺贝尔奖观点，来说明他们要说的问题，这是否意味着诺贝尔奖就等于在某个方面的盖棺定论，诺贝尔奖是不是科技探索的引导方向呢？我们是注重系统机制还是分子机制？或者说是两种机制都要去研究，不能注重某一个方面，忽略另一个方面。我们研究生物钟，从分子机制方面的探索，获得了诺贝尔奖，肯定了生物钟基因的存在，但是从睡眠的角度去研究生物钟，这是分子机制还是系统机制呢？［5］如果从人的眼睛去研究生物钟，又会做出什么样的结果？

二．什么是生物钟？

生物钟（biological clock）又称生理钟。它是生物体内的一种无形的“时钟”，实际上是生物体生命活动的内在节律性，是由生物体内的时间结构序所决定。［1］

世界是物质的，物质是运动的，物质的周期性运动就是钟，生命物质的周期性运动就是生物钟。生物，也是一种物质，只不过是一种“生”物，是能一物生一物的有“生”命的物质。生物钟，因此也就是万千自然物质钟的一种，也叫生物节律或生物韵律，是指不同生物体内各种随时间变化而做周期性变化的生理生化活动。以24小时为周期的人的血压、体温、体力、情绪等生理指标的律动，植物花的开闭和叶片的光合作用等，都是随地球的自转而产生的昼夜变化律动。生物的节律性运动和生物钟应该是普遍的生命现象。［2］

上面的两种说法，是有不同的，生物钟是对于生命科学普遍存在，那么植物也包括在内，植物有大脑吗？没有。是分子机制吧，还是系统机制呢？

对于生物现象的许多机理研究都是在大鼠、小鼠和果蝇这三种动物模型中展开的，它们也同样被用来研究生物钟的机理。这些小的动物作为模式，能说明人的生物钟的机理也是完全一样吗？然而，研究睡眠是以人为研究对象，而不是以某种动物作为模型，这两种不同的方法，其结论一样吗？因为这是两种不同的机制。

生物钟是受大脑的下丘脑"视交叉上核"（简称SCN）控制的，和所有的哺乳动物一样，人类大脑中SCN所在的那片区域也正处在口腔上腭上方，我们有昼夜节律的睡眠，清醒和饮食行为都归因于生物钟作用。［1］

《科普中国》编辑审查的这个生物钟词条，在文字上存在着矛盾，我们人体是由什么控制？是生物钟控制人体，还是电脑或心控制人体？生物钟是受大脑的下丘脑"视交叉上核"（简称SCN）控制，却又认为生物体的生命活动的内在节律性是由生物钟控制，笔者认为这种叙述是矛盾的，缺少根据，无论是在文字的逻辑上和科学根据上都是不足的。生命体的活动是系统性的，电脑的控制在一定程度上也是系统性的，生物钟是无形的，是分子机制，这种机制与系统机制之间是什么关系呢？能够直接等同吗？不行！

生物钟有四点功能：提示时间、提示事件、维持状态和禁止功能。［1］

生物钟的几个基本特征：［2］

·生物钟是内源的、自主的、不依赖于环境变化的生物节律。

· 昼夜节律的生物钟周期不是精确的24小时，而是接近于24小时。

·生物钟具有温度补偿的性能，能在不同的温度条件下保持稳定。

· 光照不是产生节律的原因，但能够调节和重置昼夜节律生物钟的相并使其同步。

上面所说的结论，与人的实际情况是有差别的，文献［5］指出：婴儿在三个月以内，生物钟是混乱的，到11个月才逐渐清晰，为什么会有这种情况呢？生物钟到底是先天还是后天？这是矛盾的。如果从生物钟基因的角度，那是不是婴儿时期的生物钟基因没有长成功？而到了11个月才成熟，可是到了老的时候，生物钟是在变化的，老人是早睡早起，是基因突变吗？不清楚！

三.十问生物钟

综上所述，无论是生物学业内专家，还是《科普中国》的词条，对生物钟的各种解释，是有矛盾的，诺贝尔奖为什么颁给与生物钟有关的研究？是因为分子机制吗？还是因为确立的基因，这就能代表生物钟搞清楚了吗？我们要不要研究生物钟的系统机制，把生物钟的“无形”变为“有形”，给出他的系统框架，为此笔者提出以下10个问题：

1.生物钟是先天，还是后天形成？ 生物钟是内源的、自主的、不依赖于环境变化的生物节律，这种说法是表明生物钟是先天的吗？

2.生物钟是有形钟还是无形钟？生物钟在什么地方？是在周期基因里吗？还是在视神经交叉的上面？这些说法为什么相互矛盾？

3. 松果体分泌的褪黑激素的昼夜节律是怎么形成？

4. 植物人为什么没有生物钟？是因为基因突变吗？有什么证据？

5. 隔离实验为什么只控制外界的时间信息？而光仍然存在.

6. 盲人与正常人的生物钟为什么有这么大的差别？是因为眼睛还是因为基因，怎么解释？

7. 没有大脑的人有生物钟吗？生物钟是由大脑控制吗？

8. 隔离实验要不要进行电磁波屏蔽？受试者受到电击的原因是什么？

9. 隔离实验表明体温与睡眠紧密相关，为什么37天后却突然改变？是基因突变吗？

10. 隔离实验获得的测量参数中，脑电波有什么变化？

11. 生物钟是分子机制还是系统机制？生物钟的表现是宏观系统的感觉，可是研究者却追求分子机制，这之间是什么关系？

三.人的眼睛与生物钟是什么关系？

1盲人的生物钟与正常人为什么不同？

2研究睡眠时为什么要去观察眼动？睡眠与生物钟有关，那么眼动也应该与生物钟有关.

3生物钟与人的年龄有关系，而人的年龄与视力也有关系，那么生物钟与人的视力是什么关系呢？

4生物钟到底在什么地方？如果是在基因里，盲人有没有生物钟的基因？植物人有没有？

5生物钟为什么与第3只眼有关？天目开的人，生物钟与天目未开的人一样不一样?

6如果生物钟与人的眼睛有关，隔离实验设计应该考虑对眼睛限制，获取更多的数据.

7睡眠时做梦，为什么眼球会快速移动？是大脑控制吗？有什么根据？

8人在睡梦中，视觉感官在工作吗？为什么人闭着眼睛？快速眼动是什么通道控制？是视觉通道还是昼夜节律通道？

9快速眼动睡眠与非快速眼动睡眠差别，用大脑未关闭来解释有些不充分，因为无大脑的人不可能有这种情况，因为他们大脑不可能控制，又该是什么来控制？

10人为什么会闭着眼睛睡眠？是为大脑清除垃圾吗？如果用脑电波的幅度来解释，没有大脑的人又该怎么解释？

11人体内有几个生物钟?生物钟分级的说法根据是什么？主钟、子生物钟与孙生物钟是依据什么分类？人的睡眠时间、警觉性、眼动、短期记忆、大脑激素、褪黑激素的分泌，这些因素的周期节律由哪一种生物钟控制？能分得清楚吗？

笔者为什么讨论生物钟？因为生物钟与人的眼睛有关，也与光有关，这分子机制能否在这里体现？如果能从这里体现，盲人的复明，能否通过基因解决？生物的昼夜节律与人的视觉通道是分开的吗？第3只眼是什么通道？能用离子通道解释吗？不能够！会不会有电磁波通道的存在？笔者认为这是一个需要探索的问题。

参考文献

［1］生物钟，百度百科词条，本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核（https://baike.baidu.com/item/生物钟/439601）

［2］2017诺贝尔生物与医学奖：生物钟的故事，（https://www.jianshu.com/p/1f20f690beb2）

［3］生物钟——2017年的诺贝尔奖 ，本文来自俞强科学网博客。
链接地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-276037-1079191.html 

［4］张田勘 ，揭开生物节律的奥秘：诺贝尔生理学或医学奖解读，来源：北京日报，2017/10/11 9:31:19。

［5］[美] 斯蒂芬·斯托加茨，“同步”，［M］，四川人民出版社，2018 年 4 月。

［6］都世民，“多学科论眼”，中国知网CNKI大诚编客网页，2019-03-08，http://z.bianke.cnki.net/collection/2035310。