时间与生命

王谷岩

46 亿年前，地球在宇宙中形成之时是一个无生命的世界。后来，在原始地球条件下，经历了一系列的化学变化，无生命物质逐渐演化为有生命物质，又一步步演化为原始生命形态。到 36 亿年前，地球上已是蓝藻类微生物云集。时间孕育了生命。

自此，在时间的长河里，生命开始了它的发展史，由简单到复杂，由低级到高级，繁衍出一个绚丽多彩的多样性生命世界。时间进化了生命。

时间与生命的关系，远不止于此，生命与时间密不可分。

时间与节律

时间是什么？“不就是年、月、日、时、分、秒嘛。”多数人会立即给出这样的答案。这答案不错，它们在某种意义上是时间的表征。然而，时间的本质则是物质存在的一种形式，是物质运动和变化的持续性、顺序性、因果性的表现。时间是一个由过去、现在和未来构成的连绵不断的系统。就宇宙而言，时间是无限的，无始无终；而就每一个具体的个别事物的发展与变化历程而言，时间又是有限的。

在自然科学中，量度时间是通过量度单位的选定和参考系统的建立而进行的。量度单位是以某个物体在选定的参考系中的稳定运动为依据的，一般以地球自转和公转为标准，从而定出了年、月、日、时、分、秒等。而历法则是更长时间的量度系统。现在还用某种物质原子的内部过程作为更短时间的量度标准，如定义铯原子基态 2 个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射 9 192 631 770 个周期所经历的时间间隔为 1 秒的长度。

历法是一种长时间间隔计时系统的法则，包括安排年、月、日的时间长度和它们之间的相互关系的法则。

人的时间概念是由宇宙的节奏和规律即节律现象决定的。人类感觉最为直观而深刻的宇宙节律，是昼夜的交替和季节的循环。从远古时代起，人类就一直在观察着可以用来计时的各种循环往复、周而复始的自然现象，从而发现在生物界有着无穷无尽、种类繁多的节律现象。

生物节律

从理论上讲，现代物理学的发展，特别是相对论的提出和证实，进一步表明时间与运动着的物质有着不可分割的联系。既然生命是核酸和蛋白质等物质运动的体现，自然也是与时间分不开的。

实际情况也告诉我们：各种生物与人类生活在同一个地球之上，同样也要经历昼夜和季节的循环与交替；时日与季节变化，环境气温和食物来源也要发生变化，这就使得有些时候适合某些生物活动或生长，另一些时候则不适合。因此，时间的概念对于生物界就更是性命交关，存在种类繁多的生物节律现象也是必然的事情。进化的力量造就了生物节律，它使那些具有使自身的活动与环境节律性保持同步协调能力的生物得以生存下来。生物节律处处可见。

天将破晓，公鸡啼鸣；黎明时，树上的鸟儿用歌声唤醒大地；黄昏时，它们的歌声又随着日落而消失；夜幕降临，当许多兽类带着白昼活动的疲惫而开始休息时，猫头鹰则上岗值夜班了。蛇麻草凌晨 3 点钟开花，牵牛花清晨 4 点钟张开喇叭，芍药每到早晨 7 点钟开放，夜来香晚上 8 点钟吐香，豆类植物幼苗的叶子白天挺起、夜间垂落。所有这些都以昼夜为一个周期，所以称为“昼夜节律”。

月球绕着地球转，月球的节律性运动造成了大海的潮汐节律，使海滨的动植物形成了节律性活动的规律，称为“月节律”。我们知道，潮汐的规律是每天涨潮和落潮的时间总比前一天晚 50 分钟，而招潮蟹和一些海鸟则都是刚好在落潮时到海滩上觅食，每天也都推迟 50 分钟抵达海滩，几乎 1 分钟都不差，招潮蟹每次又都在潮水涌来（涨潮）前 10 分钟准时躲进洞穴。

生物界的许多活动还跟月份、季节有关，形成“季节节律”，如某些植物的开花、候鸟的迁徙、鱼类和海龟的洄游等等。古时候，人们根据动植物的这类节律性活动规律就可以知道四时节气，安排农活了。南宋诗人陆游在一首名为《鸟啼》的诗中这样写道：

野人无历日，鸟啼知四时。

二月闻子规，春耕不可迟。

三月闻黄鹂，幼妇悯蚕饥。

四月鸣布谷，家家蚕上簇。

五月鸣雅舅，苗稚忧草茂。

在我们的身体里也存在着多种节律现象，人的体温、血压和基础代谢率的高低，心律、脉搏和细胞分裂的快慢，以及血液成分、各种化学物质合成的情况，都显示出昼夜节律变化。人的痛觉、视觉和嗅觉以及人对疾病、噪声和药物的敏感性的高低都有周期性变化，甚至人的出生和死亡的时刻也呈现一定的节律。

生物钟

生物节律现象是生物界适应环境周期性变化的产物，是生物体对应于环境周期变化的内在周期变动。也就是说，生物体的生命活动存在内在的节奏性。这种内在的节奏性是造成生物节律现象并使之得以维持的一种内部机制，科学家们将其形象地称为“生物钟”，也叫“生理钟”。生物体通过生物钟感受外界环境的周期性变化，并调节自身的生理活动节律，使这些生理活动在特定的时间（期）开始、进行或者结束。正是由于生物钟的存在，才使得生物机体在时间上与外界的周期过程（昼夜交替、四季变更、潮汐涨落等）相呼应，从而保证了生物体对环境的适应。没有生物钟，生物是不能生存的。

不论是在具有环境周期性刺激的条件下，还是在没有明显环境刺激的条件下，生物钟都能维持生物体的生物节律。

生物钟的精确度是很高的。有人巧妙地利用生物钟的这一特性，将几种植物按开花时间的先后顺序栽种在画成表盘格子的土地上，做成一种“花钟”，看到这些植物按顺时针的方向依次开花，就可以准确地知道时间了。植物的发芽、开花、结果，候鸟的迁徙，海龟和鱼类的洄游，动物的冬眠和复苏等等，都具有确定的时间，年复一年，年年如此。

生物钟的存在是生物活动具有周期性节律的内部因素决定的，但外界的周期性因素作为一种外因，也可以影响生物节律，即调拨生物钟。例如，从北京乘飞机飞往纽约，因为这两个城市有 13 个小时的时差，北京是午后 13 点，而纽约是半夜零点，昼夜颠倒，一开始人们会出现时差反应，因为体内的生物钟与外界的周期性因素（昼夜节律）不同步，但过了几天，一般人就会逐渐与外界同步，适应新的昼夜节律，也就是生物钟调拨过来了。

负责调节生物钟的核心器官是什么？它们又是怎样起作用的？这是科学家在努力探索的课题。有科学家认为，生物钟是通过激素或中枢神经系统而起作用，作用方式类似于古代计时的漏刻，或者类似于物理学中具有周期性变化的振荡器。不同的生物，调节生物钟的核心器官也不同。有实验证明，昼伏夜出的蟑螂脑部一左一右两个视神经节是调节其生物钟的核心器官；松果体——位于间脑顶部的小腺体，则是人和高等动物生物钟的控制中心。

时间生物学

研究生物节律现象以及生命活动和生理状态随时间的周期性变化规律已经形成了一门新的科学分支，叫作时间生物学或时相生物学。生物体的节律，有些贯穿整个生命过程的始终，即使是短暂的中断也会导致死亡，另外一些节律则出现在生命的不同时期。节律之间、节律与外部环境之间都存在着相互作用，节律的周期变化越出正常范围，或者出现完全新的节律，则与机体疾病等有关。因此，时间生物学又与医学有着紧密的联系，两者的结合产生了时间医学这样一个医学分支。曾经有报道说：心脏病的发病人数，在上午 9 点是晚上 11 点的 3 倍；精神抑郁症病人的体温节律周期的峰相位比健康人要提前；每当满月之前 24 小时，出生的婴儿数明显增加；传染病人最可能死亡的时间，与人对细菌毒素最敏感的时间相一致，在清晨 5 点半左右；同一种药物，用量一样，在不同的时间服用疗效不一样，心脏病人服用洋地黄在凌晨 4 点最管用，用利福平治疗肺结核在凌晨 3—4 点钟给药有最高的痰菌转阴率。根据这些发现，时间医学提醒医生，择时治疗与怎样治疗同等重要。