出品：科学大院
作者：王攀（中国科学院动物研究所）
监制：中国科学院计算机网络信息中心中国科普博览
在生命科学领域学习研究得越久，就越会感叹生命的奥妙无穷，纷繁复杂的生命过程能够被高度精确地调控，让人不得不报着敬畏的心来面对自然和看待自身。这其中，昼夜节律的调控就是一个非常鲜活的例子。
生物的昼夜节律
我们都知道，地球上的一昼夜是24小时，为了适应这一环境，所有在地球上生存的植物、动物，甚至真菌等，都发展进化出了生命活动中有24小时的节律。
动物的昼夜节律主要表现在行为上和生理上。行为上主要是睡眠、进食，生理上主要是体温、脑电波、激素水平、血压和细胞再生等。
昼夜节律是由一系列复杂的生物化学反应进行调控的，包括关键信号蛋白转录、表达以及其活性的抑制和激活，从而调控体内代谢反应和激素水平。这些调控机制统称为生物钟。
人体生物钟
人类是日行动物，大部分的活动，如饮食、锻炼及工作等，都是在白天完成的；而夜间主要是休息。人体内的生物钟按时间的顺序协调所有的生命活动，尤其是动员各种代谢反应，对各项生理活动提供所需的能量。
生物钟存在于体内各个器官中，可划分为中枢生物钟（central clock）和外周生物钟（peripheral clock）两部分。
中枢生物钟位于大脑的下丘脑中的视交叉上核，由两千多个神经细胞组成；外周生物钟位于代谢相关的器官，如肝脏、脂肪、肌肉、心脏和肾脏中。中枢生物钟和外周生物钟都受到环境因素（主要是光照）的调控。中枢生物钟受到光照的直接调控，而外周生物钟是间接地受光照的调控。
简要地讲，眼球中的视网膜收到光照刺激，直接将神经信号传导到大脑的视交叉上核，启动相关关键蛋白的表达，引发级联反应。而该关键蛋白会激活其抑制蛋白的表达，使该关键蛋白的表达在24小时内逐步下降，待下次光刺激再次激活，实现昼夜节律的24小时周期控制，所以该机制是一种可稳定运行的负反馈机制。中枢生物钟的信号通过神经传导和激素水平，以及体温的变化、进食的调节等，影响外周生物钟。
中枢与外周生物钟之间的部分联系由按照昼夜节律分泌的激素介导，包括胰腺分泌的调节糖代谢的胰岛素（insulin）、胰高血糖激素（glucagon），脂肪分泌的调节脂肪代谢的脂联素（adiponectin）、瘦素（leptin），以及胃部分泌的脑肠肽（ghrelin）等。
这些激素一般在白天分泌量很高，可促进食物的代谢，而其分泌量在夜间降低，因此夜间摄入过多的食物就会无法得到及时的代谢而储存起来，导致肥胖等。
打破节律恶果多
现代生活中夜间活动的增加，比如夜班、加班、夜间进食、睡眠障碍等，成为身体维持正常的昼夜节律的障碍，人们的活动的节律与体内代谢的内在节律产生了不一致，于是导致机体产生各种脂肪及糖类代谢相关的疾病，如肥胖、糖尿病及心血管疾病等。
最近研究发现，代谢水平的昼夜节律并不是仅仅由进食和饥饿介导，而部分是由生物钟主动地调节的。
昼夜节律不仅调节饮食和代谢，更调节人类的清醒/睡眠周期。
如果人们经历了跨时区旅行，环境的昼夜和体内自身的节律错了位，就会有“时差”的感觉。
再比如，熬了一夜，第二天补觉也感觉非常疲乏，也是昼夜节律紊乱的结果。白天睡觉的休息效果完全比不上夜间休息。
此外，夜晚若接受过多的光亮刺激，如电视、电脑等，大脑就会把夜晚误以为是白天，于是，各项生命过程未能调整到夜晚休息的节奏，促进睡眠的褪黑激素分泌还不够，代谢也还处在旺盛的时候，所以自然造成入睡困难，睡眠质量下降。
保持昼夜节律有利于生物适应环境，因而在漫长的进化过程中被选择和维持下来。
总而言之，我们越多地了解人体运行的奥秘，越多地认识人的各项生理功能是亿万年自然进化的结果，就越会意识到我们的生活应该顺应自然规律，才能更好的维持人体的正常运转，远离各种疾病和亚健康的状态。
参考文献：
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