本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
我最初于2006年6月26日将此文发表于
哺乳动物在长期冬眠期间生物节律性的持续存在一直是文献中一个颇具争议的话题。虽然一些研究表明生物钟在冬眠期间是活跃的,但其他研究对此提出异议。 显然,真相介于两者之间——它在不同物种之间有所不同
并非所有冬眠动物在冬眠季节都保持明显的生物节律性。 虽然某些物种,如蝙蝠和金披肩地松鼠,在恒定条件下保持整个冬眠季节 Tb [核心体温] 的生物节律性,但其他物种,如欧洲仓鼠、叙利亚仓鼠和刺猬,则会失去 Tb 的生物节律性。
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这些研究中测量的时钟输出范围从体温和脑温,到醒来的时间,再到代谢和行为参数。 但是,据我所知,还没有人研究过“核心时钟基因”的昼夜节律表达模式在冬眠期间是否持续存在。
因此,看到一项关于完全不同类型的生物体——树木的冬眠状态的研究,真的很有趣。 大约一年前[注:那是 2005 年,这是档案库的重新发布],西班牙的一个小组确实做了需要做的事情——他们测量了栗树中生物钟基因的表达水平。
他们测量了在自然发生的冬季休眠期间以及涉及幼苗冷却并结合不同光周期的实验室实验中时钟基因的表达。 在这两种情况下,如果温度和光周期都表明“冬季”,则生物钟的核心分子机制都完全停止,并通过幼苗升温或春季来临而恢复。
生物钟表现出温度独立性,即节律的周期在相对较宽的限制范围内不受温度影响。 显然,冬季温度超出了栗树的下限。 此外,栗树似乎在冬季开始时主动停止时钟。
我们如何解读这些数据?
越冬是所有能量消耗大的过程都最小化或关闭的阶段。 然而,时钟本身的工作能量消耗不大,因此这不是冬季消除节律性的一个可能原因。
第二种解释可能是,当树木关闭其所有过程时,时钟不再需要调节任何东西。 也没有来自其余新陈代谢到时钟的反馈。 因此,生物节律性会随着植物的整体休眠而消退,成为一种副产品。
第三,时钟本身可能是使其他一切都保持低迷状态的机制的一部分。 换句话说,停止在(例如——这是相位的随机选择)午夜的时钟将持续数月向植物的其余部分发出午夜信号,使所有其他过程保持在正常的午夜水平(这可能非常低)。 因此,时钟可能是树木整体冬眠机制的核心——即,秋季时钟的停止是一种进化适应。