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的研究历史,可以分为三个阶段:第一阶段是在50年代以前,科学家着重描述各种生物节律的现象;第二阶段在60年代,科学家设法建立一些模型来进行研究;第三阶段是70年代以来的工作,科学家试图用生物化学和分子生物学的一些理论来解释“生物钟”
的现象。
虽然目前对“生物钟”
有各种各样的学说和解释,但总的来说,这些学说可以分为两类。
一类是外源性的假说,这种假说认为,生物节律是生物体的生理功能对来自宇宙环境的某种外部信号的反应。
另一类是内源性假说,这种学说认为,生物体系具有自我预知时间的能力,这种能力不依赖环境中周期的变化。
外源性假说可以用“适应性”
这个词来解释某些生物节律的现象。
例如,我们可以说一些动物是昼行性的,因为它们适应白天的光照,另外一些动物是夜行性的,因为它们适应夜晚的黑暗。
相当长一个时期以来,科学家认为外界环境温度的变化是使生物产生节律的一个主要原因。
每当秋天来临,温度降低,树叶枯干,一些动物失去了粮食,于是开始了冬眠,另一些昆虫,如蝴蝶,在秋天则变成了蛹。
后来,科学家经过研究发现,引发生物节律外部环境的主要原因是光照,而不是温度,因为动植物都有控制内在过程的感受器。
对植物和简单动物来说,受到光照射的细胞起着感受器的作用,对于复杂的动物来说,眼睛是它们的感受器。
光照的反应,除了白昼和黑夜的影响外,还有光照时间的长短。
我们知道,地球围绕太阳转动,对北半球来说,夏季阳光直射,早上日出时间提前,晚上日落时间延后,每天光照时间增长。
对冬季来说,正好相反,每天光照时间缩短。
光照时间的长短,可以影响植物的时间节律。
例如,对于属于“长日照”
的植物来说,增加光照的时间,可以使其提前开花。
冬天,我们都喜欢种植水仙,由于冬天的光照较短,水仙长得很慢,如果希望它能提前开花,可以将它放在阳光充足的地方,或者在晚间用白炽灯泡照射它几个小时。
对于属于“短日照”
的植物,则恰恰相反,如秋天盛开的**,随着太阳照射时间的减少而生长,如果希望**早日开花,可以每天把它们在暗处多放几个小时,增加其少受光照的时间,就可以达到这一目的。
对于很多农作物的生长、发育来说,光照是一个重要的因素,如果误了农时,光照时间的变化不仅可能造成减产,而且有可能产生“只长枝叶,不结果实”
的后果。
对于高等动物来说,光照是怎样影响它们的生物节律的呢?科学家认为,这和动物的下丘脑有关。
我们知道,高等动物的下丘脑是全身激素的总开关,而眼睛则是对光照最敏感的器官,光照的变化,通过视神经的传导,影响到下丘脑,下丘脑因而发生相应的反应,这个反应通过脑垂体分泌激素影响生物节律。
这个假说中虽然有许多的细节尚待进一步研究,但已经有实验提供了一些证据。
蟑螂是一种令人们讨厌的昆虫,它具有白天休息、夜晚活动的生物节律。
蟑螂的激素在它的头部制造,那里有各种产生不同激素的腺体。
科学家希望知道,没有了头的蟑螂是否还能存活。
于是,他们将蟑螂的头部摘去,实验证明,摘去了头部的蟑螂还能存活几个星期,但是也出现了一个有趣的现象,这些蟑螂失去了夜行的习性,也就是说,它们的生物节律起了变化。
于是,科学家又将摘去的蟑螂头中的腺体分别移植到没有头的蟑螂身体上,结果,有一只蟑螂恢复了夜行的生物节律,这说明,这个腺体中有一种特别的激素控制着蟑螂的夜行节律。
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