为什么冬天起床这么困难?
俗话说:春困,秋乏,冬眠,夏打盹。但要问哪个季节起床最困难,冬天必须是当仁不让。国内有人为了请假写出“长沙冬天太冷,早上赖床起不来”的假条,国外需要冬令时制度以造福不少起床困难户…… 看起来冬天不想起似乎是世界人民的共识。
关于其背后的原因,每个人心中都有自己的想法:
“温度太低导致我们需要更长的时间启动,就像冬天开车一样”
“冬天天亮得晚,我们的身体也要晚一点开始工作”
……
那事实究竟是怎样的呢?希望这篇文章能告诉你答案。
撰文 | 多多(中科院神经科学研究所 研究生)
责编 | Danny
什么是昼夜节律?——生物现象
图1 日出而作,日落而息(图源:new.qq.com)
图2 Michel Siffre在洞穴中看书(图源:cabinetmagazine.org)
图3 内在昼夜节律分布直方图:横轴表示昼夜节律长短,纵轴表示被试者人数(图源:scisnack.com)
为什么可以保持昼夜节律?——内在机制
1. 它的时间精度要求并不高。我们不需要在每天的同一时刻醒来,偏差可能是数分钟甚至超过一小时,所以这个时钟不需要一秒一秒地计数; 2. 这个“时钟”并不一定要求时针分针秒针的存在。想象一个只有秒针的钟,上面的刻度从0到86400(24小时×60分钟×60秒),它同样可以准确地指示时间,只是没有按我们习惯的方式呈现。
1. 猎物数量(# of prey)上升,捕食者有更多的食物来源,会使得捕食者数量(# of predators)上升; 2. 捕食者数量上升,需要捕食更多的猎物,会使得猎物数量下降; 3. 猎物数量下降,捕食者食物短缺,捕食者数量下降; 4. 捕食者数量下降,猎物生存压力变小,猎物数量上升。
图4 捕食者和猎物的负反馈平衡
1. 环路:猎物数量的变化通过影响捕食者数量最终又影响到猎物数量本身,捕食者数量亦然。 2. 负反馈:猎物(或捕食者)数量变化会通过环路导致其向相反方向变化。猎物多了,系统就会让他下降,下降得多了又会让它上升,捕食者亦然。
图5 捕食平衡数值模拟:蓝色表示猎物,红色表示捕食者。数值为模拟数据,不代表真实情况。利用负反馈系统确定时间:仅展示第一个周期的结果。
图6 负反馈环路的分子机制
图7 2017年诺贝尔奖授予了发现昼夜节律的分子机制的科学家
什么在影响昼夜节律?——外界调控
图8 SCN示意图(图源:wikipedia.org)
1. 有光照时TIM的量下降,PER无法进入细胞,就无法抑制period mRNA产生,导致PER的累积; 2. 到了晚上TIM的量上升,累积的大量PER进入细胞核抑制period mRNA产生,使得PER的量降低。
图9 细胞通过“交流”实现同步化(图源:researchgate.net)
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