节律行为

2024-02-01

    节律行为 :

生物节律控制了一系列的生物系统,除了最为显著的调控动物的睡眠觉醒周期,还包括体温、饮食行为、激素分泌、药物和异物代谢、血压和细胞周期等生理过程。动物随环境的周期性变化发生的周期性、有节律的行为,称动物的节律行为。如昼夜节律、月节律、年节律以及潮汐节律等。

昼夜节律周期为24小时,与白昼黑夜的交替相关。如各种蜂类、鸣禽及大多数哺乳类动物属昼行性动物,而鼠、蝙蝠、猫头鹰等则属夜行性动物,还有如夜鹰等动物多在早上或黄昏活动,称晨昏性动物。月节律周期为28天,多指海洋动物的活动与潮汐相联系。潮汐是随日月位移的引力而发生的周期涨落现象。生活在潮间带动物的活动规律,大多与潮汐规律相适应。如藤壶、牡蛎等涨潮时在水下觅食,蟹类退潮时爬出洞穴在海滩觅食等。年节律周期为1年。如很多鸟类、哺乳类动物1年只繁殖1次,多选在温度适宜、食料丰富、适于幼仔生活的时期。昆虫会在冬季进入滞育期或休眠期,一些种类的哺乳动物以冬眠数月的方式度过寒冷,两栖类、爬行类等变温动物,更需冬眠,候鸟每年随季节的变化在繁殖区和越冬区之间进行迁徙等。一些动物的冬眠和鱼类的洄游是随着季节改变而发生的周期性行为,所以也称为季节节律。

沉睡的亚洲黑熊蜷缩在冬日的巢穴里

在节律行为中,最常见的是昼夜节律(circadian rhythm)。circadian来源于两个拉丁文词汇的组合:circa(大约),diem或者dies(天),即大约一天。昼夜节律在植物、动物、真菌以及蓝藻中都可以观察到。昼夜节律的产生是生物长期适应环境而产生的。光敏感蛋白和昼夜节律被认为产生于最早期的细胞,为了保护DNA的复制不受到白天紫外线辐射的损伤,复制活动被调整为夜间进行。现在的真菌仍保留着这种“钟调控”机制。昼夜节律使机体能够对外界环境的变化作出预期判断并进行相应的准备,这对室外生存是至关重要的。

生物节律是内源性的,也就是说即使没有外界环境的刺激因素如光线、温度、食物以及捕食者等,机体也能够维持生理活动的节律性。但是外界环境因素也可以影响或者重设生物节律,这些环境因素被称为授时因子。生物的节律行为是由体内的生物钟控制的,是生物世世代代在进化过程中形成的有利于个体和种群生存发展的内部调节活动。如激素有规律的分泌活动,以及世代形成的条件反射,变成了本能传递下来,才表现出节律性活动。

几乎所有的组织和细胞都存在内源性的节律。哺乳动物的节律系统是由多个振荡器组成的分级控制系统。节律系统中枢位于丘脑下部的视交叉上核(SCN),又称主节律起搏点,其他周围组织为次节律或者周围节律起搏点。SCN在昼夜节律的产生、维持和调控中起主要作用,通过释放神经或激素信号到外周组织系统,使得外周组织表现出一致的生理节律。

人体主要的生理功能均呈现昼夜波动,如睡眠与清醒、体温、心率、血压、激素水平、消化、内分泌和免疫功能等。体温在夜间逐渐降低,早晨5点达到最低点。但在午后也有一个轻微的降低,和这一阶段的警觉性降低和困倦有关。褪黑素在夜幕降临的时候开始分泌,凌晨2~4点达到峰值。皮质醇的分泌在晨起时达到峰值,以促进机体的活动。生长激素的分泌主要发生在深睡眠期间,对儿童而言,可以促进骨骼和肌肉的发育;而对成年人而言,主要是促进蛋白质合成,燃烧脂肪,增强骨骼等。

除生理机能之外,脑的高级认知功能以及情绪也存在昼夜波动,警觉性、工作记忆、陈述记忆和中心体温(即直肠温度)呈平行波动。研究显示,昼夜节律紊乱是内源性抑郁症的典型表现之一,主要症状包括睡眠紊乱和抑郁心境“晨重夜轻”的变化,同时伴有多种生理指标(如体温、心率、血压、脉搏等)、生化指标(如5-羟色胺和去甲肾上腺素),以及内分泌系统(如皮质醇、甲状腺刺激素、褪黑素等)的节律异常。

节律对人体的功能影响巨大,节律的异常无疑会对身体健康造成损伤。现代生活如跨越时区的旅行、倒班以及夜生活的增加等,均可以明显影响昼夜节律。节律紊乱会造成警觉性降低,睡眠失调,甚至会引发很多慢性疾病。节律紊乱和癌症、胃肠道疾病、心血管和代谢性疾病的发生有明显相关。此外,免疫细胞的防御功能减退,也增加了感染性疾病和自身免疫疾病发生的可能性。除了生理功能异常,情绪和认知也会受到影响,发生抑郁症、焦虑症和精神疾病的风险增加,学习和记忆能力下降等。