本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
我最初於2006年6月26日將此文發表於
哺乳動物在長期冬眠期間生物節律性的持續存在一直是文獻中一個頗具爭議的話題。雖然一些研究表明生物鐘在冬眠期間是活躍的,但其他研究對此提出異議。 顯然,真相介於兩者之間——它在不同物種之間有所不同
並非所有冬眠動物在冬眠季節都保持明顯的生物節律性。 雖然某些物種,如蝙蝠和金披肩地松鼠,在恆定條件下保持整個冬眠季節 Tb [核心體溫] 的生物節律性,但其他物種,如歐洲倉鼠、敘利亞倉鼠和刺蝟,則會失去 Tb 的生物節律性。
關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。 透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
這些研究中測量的時鐘輸出範圍從體溫和腦溫,到醒來的時間,再到代謝和行為引數。 但是,據我所知,還沒有人研究過“核心時鐘基因”的晝夜節律表達模式在冬眠期間是否持續存在。
因此,看到一項關於完全不同型別的生物體——樹木的冬眠狀態的研究,真的很有趣。 大約一年前[注:那是 2005 年,這是檔案庫的重新發布],西班牙的一個小組確實做了需要做的事情——他們測量了栗樹中生物鐘基因的表達水平。
他們測量了在自然發生的冬季休眠期間以及涉及幼苗冷卻並結合不同光週期的實驗室實驗中時鐘基因的表達。 在這兩種情況下,如果溫度和光週期都表明“冬季”,則生物鐘的核心分子機制都完全停止,並透過幼苗升溫或春季來臨而恢復。
生物鐘表現出溫度獨立性,即節律的週期在相對較寬的限制範圍內不受溫度影響。 顯然,冬季溫度超出了栗樹的下限。 此外,栗樹似乎在冬季開始時主動停止時鐘。
我們如何解讀這些資料?
越冬是所有能量消耗大的過程都最小化或關閉的階段。 然而,時鐘本身的工作能量消耗不大,因此這不是冬季消除節律性的一個可能原因。
第二種解釋可能是,當樹木關閉其所有過程時,時鐘不再需要調節任何東西。 也沒有來自其餘新陳代謝到時鐘的反饋。 因此,生物節律性會隨著植物的整體休眠而消退,成為一種副產品。
第三,時鐘本身可能是使其他一切都保持低迷狀態的機制的一部分。 換句話說,停止在(例如——這是相位的隨機選擇)午夜的時鐘將持續數月向植物的其餘部分發出午夜訊號,使所有其他過程保持在正常的午夜水平(這可能非常低)。 因此,時鐘可能是樹木整體冬眠機制的核心——即,秋季時鐘的停止是一種進化適應。