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現在幾點鐘? : 麻雀、黃金鼠以及所有生物都知道的事

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一定要看錶,才能知道時間? 沒有了晨昏天光的變換,作息就會大亂?如果你一直都這麼認為,那麼你不能不知道:「時鐘就在我們的身體裡」!生命世界的大小事件,都由設定好的時間程式,將一切安排得井然有序。看時間生物學如何解開基因程式中的時鐘謎題,發現你不可不知的生命節律!  你相信嗎?地球上幾乎所有的生物都「知道」時間!無數的科學家們窮畢生之力,從羽化的果蠅、覓食的蜜蜂、玩滾輪的黃金鼠、枝頭跳躍的麻雀,還有行光合作用的藍綠菌,找出了晝夜交替、四季更迭與所有生物一切行事的關聯!  故事不只是這樣,還有科學家住進地底下四百公尺的長毛象洞穴,只為一探「時鐘程式」的究竟。他們不僅發現一天之中,賽跑、玩牌的最佳時機;找到了克服時差的方法;還解開在清晨時分,有最多人出生、也有最多人死於心臟病發的祕密。  更重要的是,如果我們能找出給藥的最佳時機,或許就能夠提高癌症以及許多疾病的治療效益。且跟隨時間生物學大師佛斯特以及傑出的科學作家克萊茲曼的腳步,探索這些時間生物學的劃時代鉅獻!
作者簡介
佛斯特(Russell G. Foster)
  全球首屈一指的時間生物學家,現於倫敦大學帝國學院(Imperial College)教授分子生物與神經科學。曾榮獲英國的動物學社會科學獎章(Zoological Society’s Scientific Medal),並且以他在時間生物學領域卓越的研究成果,獲頒Honma Prize。佛斯特不僅熱衷於生物節律研究,也是優秀的教學者,曾獲帝國學院頒發傑出教師獎。
克萊茲曼(Leon Kreitzman)
  市場行銷、市場調查專家,曾任職於廣告公司,並且在英國Henley Centre擔任行銷顧問經理長達十年。克萊茲曼熱衷於社會觀察,長期關注人類對健康議題的態度,並曾主持英國一項大型的政府計畫,目的在推動工作場所的勞工健康觀念。

就讀英國倫敦帝國學院二年級的生理系學生,在以規律的間隔連續24小時測量自己的肛溫(沒有想像中的不舒服)之後,知道了約日節律(circadian rhythm;約24小時的節律)的重要性。他們發現自己的體溫有節律性的變化,最高溫與最低溫相差約攝氏1度。最低體溫會出現在早上4到6點鐘,最高體溫則出現在約12到14小時之後。午後想睡的感覺,稱為「午餐後低落」(post-lunch dip),雖然午餐吃得多,加上喝了點酒會讓這種感覺變得更明顯,但這也是約日時鐘的傑作。此外,許多學生也發現到徹夜轟趴之後的難以成眠;所以,聰明的學生很快就曉得,睡眠、打盹、警醒、情緒、體溫等,都與約日節律有密切關聯。你是雲雀,還是貓頭鷹?每個人24小時的節律行為可以由時型(chronotype)來描述。有些人是雲雀型,在早上最活躍,而貓頭鷹型則是白日將盡時較活躍。雲雀型多數是老年人;而大學生與二十出頭的人則是惡名昭彰的貓頭鷹型。雲雀型在中午時分最清醒,接近中午時的工作表現最佳;而且,他們在早上9點到下午4點之間喜歡聊天、友善、而且討喜。相反的,貓頭鷹型通常不到下午是提不起勁的,他們在白天的後段最討喜(如果這字眼用在大學生身上還算合適的話),下午6點左右則是他們最清醒的時刻。早起的雲雀,通常服膺富蘭克林「早睡早起身體好、財富多、智慧高」的道德至上論調。但這句話是沒有根據的,英國南漢普敦大學的蓋爾(Catharine Gale)與馬汀(Christopher Martyn)追蹤了一項1973年所做的調查,包括睡眠習慣;結果他們在二十多年之後還活著的人當中,找不到任何證據可以證明富蘭克林有關早睡早起與健康、社經地位,以及認知優勢的說法。這種早晨型與夜晚型的差別,主要不是因為個人的好惡,而比較有可能是遺傳上的差異。早上醒來就活蹦亂跳的人,不見得是反映這個人睡了多久,也不代表一個人的意志力,最主要的因素,可能還是由基因決定。一天中,表現能力時好時壞許多父母雖然用盡各種辦法把小孩從床上挖起來上學,但學校教師早就知道,在整天上課的過程中,學生的睡意與警醒之間有密切的關係。警醒與表現能力節律的研究,可以回溯到實驗主義教育心理學最早的日子,當時人們很想知道一天當中最適合教授學業的時間。而在50年前左右,克萊特門就已經指出,「每個人的心理或身體活動的能力,不是清醒時的任何時間都一樣」,然後他強調這是「很早就已經知道的事情」。我們都直覺的知道,某些時間做某些事情會較好,而其他時間做其他事情比較好,許多研究也都發現到這種現象。英國史旺斯大學的弗卡德(Simon Folkard)說,「從時間如何影響表現能力的研究得出的最主要結論是,執行某特定任務的最佳時間,視此任務的性質而定」。這是1983年時的情形。現在一般都認為,如果是只需要運用簡單分析的任務,表現能力的節律會平行於體溫的節律。因此排卡片(sort cards)的能力會從早上開始變好,到下午與入夜時分最佳,之後又開始變差。而需要負荷更多認知或記憶能力的任務,像是在心裡頭做加減乘除,則會有不同模式的節律,且不會隨體溫而變。因此,不只認知與記憶的負荷大小會產生影響,連認知與記憶的性質似乎也會影響表現能力的節律。破紀錄總在入夜時分運動員一直都非常重視睡眠的質與量,但如今我們才清楚,因為頂尖運動項目的輸贏差距很小,因此約日變化會造成重大影響。1980年代中期,英國四位破紀錄的中距離跑者科伊(Seb Coe)、奧韋特(Steve Ovett)、克瑞姆(Steve Cram)與莫爾克羅夫特(David Moorcroft),多次打破了許多世界紀錄,而且總是在入夜時分。原因可能是入夜時分最適合中距離跑步,因為這是一天當中體溫最高的時候。與運動員表現相關的事物可能都會隨體溫節律而變,例如:肌力、膝展肌的等長收縮張力、全身柔軟度以及自選功率(work rate)等,都有節律性,且高峰值都出現在下午6點到8點之間,這也是體溫最高的時刻。當然,也有可能是因為廣告商與電視觀眾的緣故,使得打破世界紀錄的嚐試只會安排在入夜時分。想要控制所有會影響運動員表現能力的變數,對研究者來說會是個夢魘。英國利物蒲約翰摩爾斯大學的萊理(Thomas Reilly)及同事研究游泳選手的表現能力,他們起碼可以控制氣候與環境溫度,而且,室內無風。他們發現,隨著時間的進行,游泳選手的成績以線性方式進步:晚上10點進行100公尺游泳的速度,比早上6點半的快了2.7秒。造成這種差異的原因不明,但是入夜時分的核心體溫比清晨高了0.6到0.8度,這或許會對神經傳導速度或肌肉效率造成小但顯著的影響。認識自己的時間印記要擅長某種運動不能只靠天份,雖然天份是必需的,但也要勤於練習。準奧林匹克選手會在田徑跑道、溜冰場與游泳池花上很多個小時,他們經常是一大早就開始練習。但由於早晨時型與夜晚時型的不同,不知有多少可能成為偉大選手的人,因為訓練時程的關係而放棄。有項研究時型的結果發現,在不同時間進行比賽的高爾夫球選手早上的成績會比較好。萊理建議,教練要規畫訓練課程時,應該要知道每個人不同的時型。「例如,對一個極端夜晚時型的泳者而言,即使他在夜間競賽的表現良好,卻有可能因為跟不上清晨的訓練課程而放棄」。每個人都有他自己的時型或時間印記。某些人在某個時間能把某些事做得比較好,而在其他時間則比較能做好其他事。如果能夠配合自己的時型來從事活動的話,究竟能因而增加多少生產力,我們可能無從知道,但若能因此而造成金牌與銅牌之差,以及戰爭與和平之別,那也許就值得了。

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