昼夜节律背后的科学，以及时间变化为何会扰乱昼夜节律

每年有两次，大多数美国人会面临一小时的时差。虽然时间可能不长，但仍然会给我们的日常生活带来重大影响。三月，我们醒来时筋疲力尽，跌跌撞撞地走出门外，感觉自己比平时早了一个小时——但到了一天结束时，我们才发现该睡觉了，而我们却完全清醒，这让我们感到困惑。十一月，我们一跃而起，感激标准时间给我们带来的额外一小时睡眠，然后想起在黑暗中通勤回家的感受。

尽管超过 60% 的美国人希望废除这种时间转换制度，但我们还没有做到这一点。今年早些时候，参议院一致投票决定永久实行夏令时，但《阳光保护法案》尚未在众议院投票表决。与此同时，一年两次的时间变化导致 48 个州的居民面临昼夜节律失调。这实际上意味着我们的生物钟失调了。

昼夜节律失调并不罕见。如果太喜欢夜猫子，就足以导致昼夜节律失调。夏令时可以引发这种现象，但我们每天的选择也可以。要对抗夏令时和其他生物钟紊乱的影响，关键是要了解我们的昼夜节律系统。

什么是昼夜节律？

哈佛医学院医学副教授珍妮·达菲 (Jeanne Duffy) 表示，我们的昼夜节律系统就像一个内部时钟，调节睡眠、清醒和其他周期性行为。“昼夜节律系统帮助我们为每天发生的行为变化做好最佳准备，”达菲说。这些节律基本上遵循 24 小时周期：这个术语本身来自拉丁语短语circa diem ，意思是“大约一天”。对于某些人，尤其是女性，时钟可能会稍微偏差几分钟。

我们还有其他的生物钟，它们影响着我们的身体过程。达菲说，有些生物钟决定季节节律，有些生物钟决定年度节律，有些生物钟甚至决定月亮节律。大多数生物，直到单细胞生物，都使用昼夜节律作为调节器。

它们如何工作？

对于人类的昼夜节律来说，大脑的一个特定区域——下丘脑的视交叉上核 (SCN)——是奇迹发生的地方。科学家根据对老鼠和苍蝇的研究推测，蛋白质的积累负责控制这一机制。这些分子（其中一些被称为 CLOCK 蛋白）在一天中聚集并激活让我们保持清醒的基因。

CLOCK 蛋白也可能产生自己的关闭开关。根据对小鼠和苍蝇的研究，CLOCK 蛋白会导致其他抑制蛋白在一天中缓慢生成。最后，在黄昏时分，这些其他蛋白会压制激活 CLOCK 并让我们入睡的基因。这个循环继续：在夜间，现在处于低水平的 CLOCK 开始上升——向我们发出信号，让我们醒来并重新开始这个过程。

昼夜节律基于我们大脑内的反馈回路，但我们的环境也会影响我们的生物钟。“真正的昼夜节律是由内部产生的，”达菲说，但外部因素“使我们的内部节律与外部世界同步。”

这些外部线索被称为授时基因，这是两个德语术语的组合，意为“时间给予者”。例如，光就是一个重要因素。由于我们的眼睛与视交叉上核相连，因此当这些基因被激活或停用时，光照可以重置。黑暗也会影响褪黑激素的产生，通过促进让我们昏昏欲睡的激素的释放来帮助形成有节奏的睡眠模式。这可能意味着视障人士的昼夜节律可能与我们的昼夜节律不太同步，尽管褪黑激素和其他补充剂可以有所帮助。光并不是影响这些节律的唯一因素——运动、年龄和温度也是如此。

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达菲说，我们的日常节律可能是因为自然界中一致的明暗模式而进化的。“如果第一批单细胞生物生活在这种强烈的明暗环境中，它们如果能预测到这一点，就会大有裨益，”她说。

除了睡眠之外，它们还调节什么？

事实上，影响相当大。昼夜节律影响我们的免疫系统、激素、体温和新陈代谢，而这些只是我们研究过的部分过程。达菲说，昼夜节律可能还控制着许多我们尚未探索的系统。

新陈代谢是相对为人所知的一个因素。如果你听说过晚餐不能吃得太晚，那么昼夜节律系统可能就是原因。“如果我们在白天吃东西，我们的新陈代谢系统可以快速对食物做出反应。而如果我们试图在半夜吃东西，我们的代谢系统还没有做好准备，”达菲说。

科学家们正在研究昼夜节律如何影响其他过程。达菲说，最近，研究人员一直在研究基于一天中的时间和昼夜节律的疫苗引发的免疫反应。

我们如何才能扰乱这个内部计时呢？

困倦并不是节律紊乱的唯一后果。达菲说，那些违背生物钟的人“最有可能患上代谢紊乱、肥胖、糖尿病和心血管疾病”。

而且，睡眠质量很容易失衡。即使只是熬夜一晚，也会产生连锁反应。“早上你可能会睡得更久，但不一定是因为你的生物钟被重置了，而是因为你睡眠不足，”达菲说。“睡懒觉会让你错过早晨的阳光照射，而阳光会使你的生物钟与外界同步。然后那天晚上，你不会那么早入睡。”几天后，“你就不可能起床了，因为你的生物钟已经调整了，”她说。

其他常见活动，比如睡前玩手机，也会混淆同步性，因为它们会模仿我们等同于白天的自然光。达菲说，睡眠“在很大程度上受到我们的行为和所做的事情的影响，尤其是我们接触到的光线”。“所以人们有一个误解，那就是如果他们还没有感到困倦，他们就不需要睡觉了。”

那么我们无法控制的因素，比如时间变化，又该怎么办呢？

尽管三月和十一月的时间只变化了一个小时，但它可能会带来一些相当严重的后果——尤其是春季夏令时导致的损失。研究人员发现，这种时间变化使人们平均损失了 40 分钟的睡眠时间。这听起来可能不多，但在时间变化后的星期一，研究人员发现工作场所受伤的情况更加频繁和严重。当秋季增加一个小时时，研究人员发现时间变化前后的受伤或睡眠损失没有差异。

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其他研究也发现，春季时间变更后，交通事故和医疗事故有所增加。“我们起床的时间稍早了一点，而这实际上是一天中我们的表现和警觉性在 24 小时周期内处于最低点的时间。因此，这可能导致我们在那天更容易遭遇车祸，”达菲说。