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颜色帮助调节人体生物钟

2015.4.21

  落日的漂亮的颜色可能并不仅仅是一副美景,可能是身体的一个信号“到了该重置我们生物钟的时候了”。生物的钟声支配着身体的一切,从睡眠模式到消化模式。一项在老鼠上新的研究显示,这些小的龋齿动物利用光线颜色的变化去设置他们自己的生物钟。科学家们期望这个结果也可以适用于人类。

  虽然来自加州大学圣克鲁斯分校的生化学家Carrie Partch并没有参与该研究。他仍然评价道:“我认为这项工作让我们开启了这个领域的研究,让我们开始认识到生物钟的环境适应性”。

  科学家们很早便已经知道光线在管理生理节奏中起的作用,那就是让生命的潮汐与一天24小时相同步。但是他们不清楚不同性质的光线,例如光的颜色与亮度对于生物钟的影响。“作为一个常识,人们通常认为生物钟以某种方式测量外界世界中光的数量”,这项研究的作者,英国曼彻斯特大学精神学家蒂姆布朗说道,“我们认为事实可能比这要复杂一些。”

  为了找到答案,布朗和他的同事们有针对性研究了大脑中被称为视交叉上核的一块区域,这是一个脊椎动物常见的区域。在这个区域身体利用电学和化学节奏来保持生命节拍,这种节奏平均持续24个小时。研究小组想知道来自眼睛的颜色信号是否会到达视交叉上核,以及这些信息是否会影响到生物时间的调整。

  布朗和他的同事们向小白鼠展示不同强度和颜色的光线,并测试了交叉上核神经元的电学颤动。在他们测试的神经元中,至少有四分之一对于光线的变化反应强烈,特别是在黄昏后天空中主要存在的短波长的蓝色光。这意味着信号获得通过,但这并不证明小鼠的内部时钟受到了量化的影响。所以团队构建一个“人造天空”——由一堆不同颜色的发光二极管置于冗长的方屏幕背后所组成,将这个人造天空放在老鼠笼子的上方来模仿有颜色变化的和没有颜色变化的白天与黑夜。老鼠是夜间活动的,夜里的体温处于峰值。当来自人造天空的自然颜色变化消失时,他们内部的生物钟发生紊乱-与正常条件相比,体温会提前30分钟到达峰值。

  为了确定这种温度的变化的确是源于生物钟的变化,研究人员检测了人工天空实验中老鼠的视交叉上核参切片。生物钟有一个很酷的现象,”布朗说,“当你把它从一个动物体中取出并放在培养皿中,细胞依然在放热。通过测量特定切片中的放热速率,研究者们可以估算出生物钟的运行是否加快或者变慢。从那些没有看到颜色变化的老鼠身上取出的细胞会明显落后于看到颜色变化的,这也确认了,体温峰值的转变是由于生物钟的变化,研究团队今天在《公共科学图书馆·生物学》上报道了这一研究成果。

  布朗在这项研究工作中发现了了潜在的人类应用。他说,这开启了增强现有的治疗时差或者季节性抑郁障碍方法的可能性。一种治疗时差的方法是利用一个灯箱,将旅行者浸入强光之中,来欺骗他的生物钟。在那些光中添加颜色可能会带来更好的结果,布朗说。甚至这个新发现可能改变我们对颜色视觉进化的理解。研究人员认为动物生活在一个乌云可以减少光的强度,但依然会让阳光的颜色通过的世界中,这种设置生物钟的方式可能是一个更好的选择。

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