懷揣“時(shí)鐘”的動(dòng)物們

從古老的日晷（利用太陽位置的變化測定并劃分時(shí)刻）到漏刻（利用水滴速度計(jì)時(shí)），再到今天的各式各樣的鐘表，人類可謂想盡辦法來觀察、利用我們的時(shí)間。然而，許多動(dòng)物卻擁有它們與生俱來的天然的“時(shí)鐘”。

招潮蟹的“勞力士”

在西部非洲、大西洋西部、東太平洋和印度洋的泥質(zhì)海灘上，生活著一種人們很容易辨識的小蟹——招潮蟹。別看這種蟹的個(gè)頭很小，卻生有一只大大的螯（在夜深時(shí)看起來就像一個(gè)大嘴巴，故它們也被稱為“大嘴蟹”）。除了外形獨(dú)特，招潮蟹令人驚訝的還有：它們總是能預(yù)知潮汛。每當(dāng)潮水上漲之前十分鐘，它們就停止覓食，快速返回棲息的洞穴，還機(jī)智地用貝殼或石塊等堅(jiān)硬物質(zhì)堵住洞口。一當(dāng)潮水退卻，它們又大搖大擺地爬出洞口四處活動(dòng)。

千萬不要驚訝，包括招潮蟹在內(nèi)的海洋中的蝦兵蟹將都身懷“勞力士”，這些無形的“鐘表”的“滴答聲”和海浪拍打的節(jié)拍出奇的一致。海浪拍打的節(jié)拍在月球和太陽等天體的引力作用下，造成海水的涌動(dòng)：海水迅猛上漲時(shí)，出現(xiàn)高潮；過一段時(shí)間，海水自行退去，出現(xiàn)低潮。這種海面上周期性的漲落現(xiàn)象就是潮汐。

招潮蟹怎么知道潮水會在什么時(shí)候到來呢？科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，即使把招潮蟹養(yǎng)在實(shí)驗(yàn)室里，讓它們遠(yuǎn)離潮汛的影響，它們的活動(dòng)規(guī)律仍然會保持與潮水同步。雖然遠(yuǎn)離了海岸線，無法用肉眼看到或感知到潮水的變化，但每到漲潮時(shí)，它們照樣會提前10分鐘迅速地尋找掩體把自己藏起來。每次都是10分鐘，分毫不差?？茖W(xué)家認(rèn)為，在招潮蟹的體內(nèi)一定有一個(gè)“計(jì)時(shí)器”，而且是一個(gè)十分精確的“計(jì)時(shí)器”，否則這種現(xiàn)象無法解釋。

包括招潮蟹在內(nèi)的生活在潮汐帶中的生物，它們之所以能預(yù)知潮漲潮落，是基于它們所擁有的24小時(shí)一次的節(jié)律。這就是它們的“勞力士”。試想，如果沒有“掐表”功能，退潮對這些動(dòng)物來說就是致命的。為了避免脫水狀況的發(fā)生，這些神算手們練就了毫不費(fèi)力預(yù)知潮汛的“超能力”。

鱟的“鬧鐘發(fā)條”

科學(xué)家認(rèn)為，許多海洋生物的活動(dòng)，尤其是生殖活動(dòng)，都與月亮和太陽運(yùn)動(dòng)規(guī)律有著相當(dāng)密切的關(guān)系。一種源自遠(yuǎn)古的動(dòng)物——鱟，總是在夏季滿月時(shí)分登上北美海岸，然后進(jìn)行一場自恐龍時(shí)代起就未曾改變的“儀式”。

早在泥盆紀(jì)（距今4億年前），一種與今天的鱟長相類似的生物就已經(jīng)出現(xiàn)了，它被認(rèn)為是鱟的祖先。鱟的甲殼的形狀很像馬蹄，因而也被d012da4bb261f6ede41968cde41a91ef1e0e7d2173b3c19ebda869b7cce40b23叫做馬蹄蟹。其實(shí)，鱟并不是蟹，鱟與蜘蛛、蝎、扁虱、螨等蛛形綱生物以及已絕滅的三葉蟲有著親緣關(guān)系。

鱟的顏色從蟹青色到深棕色不等。身體主要由三部分構(gòu)成：頭部（也稱前體）、腹部（也稱后體），以及被稱為“尾劍”的脊柱狀尾巴。正是由于其尾部的獨(dú)特性，鱟被歸于劍尾綱生物。單從外表形狀看，很難區(qū)分鱟的性別，但雌性鱟要比雄性大很多。

太陽的引力會影響潮汐。一些大潮每月發(fā)生兩次，一次在滿月時(shí)，一次在新月時(shí)。每隔半個(gè)月，月球和太陽的引力會互相抵消，從而形成小潮汐。許多海洋生物的生活規(guī)律都受到這一循環(huán)的支配，鱟也不例外。鱟的比較典型的特征就是在夏季滿月或新月之夜，準(zhǔn)時(shí)踏浪而來，它們利用月圓后的大潮，趁著高潮時(shí)的大浪集體沖上海灘。成千上萬只鱟就像是事先約好似的同時(shí)出現(xiàn)，數(shù)量之多，令人瞠目結(jié)舌。尤其是在滿月的那天夜晚，鱟的活動(dòng)最為頻繁。它們會在海灘上挖洞，尋找蟲子、海藻以及一些軟體動(dòng)物作為食物。那么，鱟發(fā)起如此聲勢浩大的“狂歡聚會”，僅僅只是為了品嘗蟲子或者堆沙丘玩嗎？

答案當(dāng)然是否定的。每當(dāng)春夏季的滿月或新月，在大潮發(fā)生的幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)，成年鱟大量遷徙到沙灘，并在淺水區(qū)聚集，這說明它們的行為與農(nóng)歷和潮汐周期密切相關(guān)。原來，它們是利用潮汐上岸產(chǎn)卵。它們的行動(dòng)與最大的大潮同步，所以總是能將卵產(chǎn)在高潮線。有沙子作為保護(hù)，而且遠(yuǎn)離海水，因此不用太擔(dān)心卵被魚類掠食。雌性鱟在產(chǎn)卵前，會在海灘上挖一個(gè)約15厘米深的坑，然后將卵產(chǎn)在里面，雄性鱟則馬上就給卵受精。一窩卵有2000～20000粒。通常，每個(gè)雌鱟有多個(gè)雄鱟相伴。當(dāng)潮水快要淹沒沙灘時(shí)，鱟的大軍就馬不停蹄地遷回了大海。

一個(gè)多月后，黏黏的卵孵化出來。黏糊糊的幼蟲們將經(jīng)歷一場巨變，這也和月相周期有關(guān)，但整個(gè)過程主要取決于溫度的高低。在下次大潮汛來臨前，大量的鱟的幼蟲會在沙子里呆上數(shù)周。待到潮汛來臨時(shí)，它們已經(jīng)完全長大成形。由于是同時(shí)孵化的，大潮會將它們?nèi)慷季磉M(jìn)海里。一旦被沖進(jìn)海里，這些幼鱟便會鉚足了勁兒展開一場瘋狂的、不間斷的游泳比賽。

就這樣，鱟一代接著一代、周而復(fù)始地繁衍至今。可以毫不夸張地說，鱟的“鬧鐘發(fā)條”早在2.3億年前就已經(jīng)開啟，至今依然活力不減。

多邊膝溝藻的“計(jì)時(shí)器”

讓科學(xué)家難以置信的是，單細(xì)胞生物也有自己的“計(jì)時(shí)器”?？梢哉f，缺乏生物鐘的單細(xì)胞生物是無法存活的。藻類如黃棕色硅藻、眼蟲屬（具有植物和動(dòng)物兩種特征的單細(xì)胞生物）、衣滴蟲和多邊膝溝藻具有趨光性晝夜節(jié)律（所謂趨光性，是指生物體發(fā)出可見光的行為）。多邊膝溝藻的晝夜生理過程更是典型的晝夜節(jié)律性生物發(fā)光過程。在日本海，科學(xué)家觀察到一種非常有趣的現(xiàn)象：在日出前一個(gè)小時(shí)，生長在幾百米深海中的多邊膝溝藻就會如火箭般浮上水面，形成密密的厚厚的一片，然后進(jìn)行光合作用。到日落之時(shí)，它們又抓緊時(shí)間潛回深海。到了夜晚，它們借助熒光素酶發(fā)出生物光，以驅(qū)趕它們的天敵——撓足亞綱。多邊膝溝藻的這種晝夜節(jié)律受光線強(qiáng)弱的影響，在條件有利的情況下，甚至?xí)纬杉t潮這一壯觀景象。

最新研究表明，無論有沒有光線來源，多邊膝溝藻在實(shí)驗(yàn)室里同樣會進(jìn)行相應(yīng)的垂直升降運(yùn)動(dòng)，而且保持同樣的垂直運(yùn)動(dòng)節(jié)律。這正好說明多邊膝溝藻除了具有趨光性能力，其自身內(nèi)部也牢牢地被“計(jì)時(shí)器”所控制。

蟬的生命“鐘擺”

辛辛那提的地下世界里住著一種堪稱時(shí)間觀念最強(qiáng)的動(dòng)物，這些動(dòng)物在度過整整17年的地下生涯后，才會第一次也是唯一一次爬出地面。17年前，它們在孵化之后就離開了樹，進(jìn)入地下。自那以后，它們體內(nèi)的“鐘擺”開始擺動(dòng)并自動(dòng)計(jì)算度過的年數(shù)。這就是生命周期長達(dá)17年的“17年蟬”，生活在北美地區(qū)的一種蟬。17年蟬也被稱為“周期蟬”，因?yàn)樗鼈冊诒泵乐薜娜魏我粋€(gè)地方都是同步生長——在同一年的同一時(shí)間破蛹而出。它們的生命周期達(dá)17年之久，簡直讓人難以置信。其他種類的蟬（全球大約有3000種蟬）都不是同步生長的。

在17年的蟄伏中，蟬的幼蟲生活在地下30厘米或更深的地方，以森林植物根的汁液為食。生活在地下的幼蟲會不斷地往下蠕動(dòng)以尋求更大的植根。經(jīng)過漫長的17年幼年期后，蟬蛹會在土壤溫度約7℃時(shí)，從地下大約20厘米的地方破蛹而出，然后羽化，實(shí)現(xiàn)17年后的首要目標(biāo)——變成成蟲。多年以來，這樣的蛻變都發(fā)生在4月末到5月初的美國南部地區(qū)以及5月末到6月初的美國東部地區(qū)。

剛出來的蟬會爬到附近的植被上尋找一個(gè)舒適的地方完成最后的蛻變。羽化是完美蛻變的關(guān)鍵。只需要20分鐘，它們一生中的最后一次蛻皮就完成了。它們依附在樹上，直到身體的顏色完全變暗，外骨骼完全變硬（剛剛完成蛻變的幼蟬是白色的，但會在一個(gè)小時(shí)內(nèi)變暗）。至此，它們的“成人禮”算是完成了。只可惜，它們離見上帝的時(shí)刻也不遠(yuǎn)了。它們的交配時(shí)間只有短短幾分鐘，雌蟬用鋒利的產(chǎn)卵器割開樹皮，將卵產(chǎn)在溝槽中，然后死亡，紛紛落到地上，成為一大片枯竭的尸體。直到17年后，蟬才會再次出現(xiàn)。

試想，當(dāng)我們開始新的一天生活的時(shí)候，數(shù)以百萬計(jì)的蟬在歡快地舉行著“狂歡集會”。然而，在我們看來只一會兒的功夫，它們的一生就結(jié)束了。被生物鐘深深纏繞的“鐘擺”就這樣停止了擺動(dòng)。

可以肯定的是，幾乎所有的生物都能夠通過被稱為生物鐘的生化機(jī)制來保持自身內(nèi)在的時(shí)間。但是，許多生物內(nèi)部機(jī)制的深?yuàn)W問題，科學(xué)家們至今尚未搞清楚。

植物的生物鐘

春夏時(shí)節(jié)，一種星星點(diǎn)點(diǎn)的小黃花以其貌不揚(yáng)的姿態(tài)花開花謝著，它們遵循著朝九晚五的上下班時(shí)間，每天早上9點(diǎn)左右綻放，下午3～5點(diǎn)閉合。最奇特的是，數(shù)量眾多的花兒們幾乎同時(shí)花開花謝。這就是產(chǎn)自南美洲熱帶地區(qū)的“時(shí)鐘花”。這種屬于時(shí)鐘花科的草本植物有多個(gè)品種，它們的花朵常見的有黃色的和白色的。

時(shí)鐘花之所以會按時(shí)開放，是因?yàn)樗鼈儞碛凶约旱纳镧姟Ｓ醒芯勘砻?，時(shí)鐘花開花的規(guī)律與日照和溫度的變化密切相關(guān)。此外，時(shí)鐘花的開花時(shí)間還受體內(nèi)一種特殊物質(zhì)——時(shí)鐘酶的控制。這種酶調(diào)節(jié)著時(shí)鐘花的生理機(jī)能并控制著開花時(shí)間。當(dāng)太陽升起，氣溫逐漸升高時(shí)，酶便活躍起來，促使花朵開放；當(dāng)氣溫下降到一定程度，酶的活性便漸漸減弱，花朵也就凋謝了。與時(shí)鐘花相類似的還有鵝鳥菜、蛇床花、紫茉莉等。

哺乳動(dòng)物的“時(shí)裝周”

冬季，西伯利亞倉鼠和北極兔開始為自己越冬做“變裝”準(zhǔn)備。隨著天氣越發(fā)寒冷，它們紛紛脫下深色的外套，換上厚重的白色皮毛。它們一年一度定期舉辦“冬季時(shí)裝周”的奧秘何在呢？這依賴于它們大腦中的松果腺細(xì)胞——松果體。松果體是位于第三腦室后壁的如松果般大小的分泌器官，一到夜里它就會分泌褪黑激素，用以控制哺乳動(dòng)物的“變裝”活動(dòng)。褪黑激素的大量釋放，加上與荷爾蒙的相互作用，導(dǎo)致了這些動(dòng)物的“外套”顏色的變化。冬季，隨著黑夜越來越長，白天越來越短，褪黑激素的酶類活性增強(qiáng)，褪黑激素分泌量相應(yīng)增多，再加上光刺激減弱等外部環(huán)境的變化，這些都在提醒動(dòng)物們：得為冬季做好偽裝了。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，西伯利亞倉鼠和北極兔的松果腺細(xì)胞具有記憶明暗規(guī)律的功能。其中，光線是關(guān)鍵條件，光線可以改變松果腺細(xì)胞膜內(nèi)外的電位，進(jìn)而產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)。

昆蟲的“計(jì)時(shí)器”

生活在我們身邊的蜜蜂之類的昆蟲也有它們自己的“計(jì)時(shí)器”，只不過它們的“計(jì)時(shí)器”要和有個(gè)性的植物配合才起作用。很多植物會控制植物花瓣的運(yùn)動(dòng)，在特定的日子里花朵相繼開放，在特定的鐘點(diǎn)合成香料和花蜜。而蟲媒如小蜜蜂等會恰在此時(shí)到訪。蜜蜂怎么知道花兒在什么時(shí)候會開放？它們怎么不在花閉合之后才出動(dòng)？神奇之處就在于它們的生物鐘能“牢記”不同的開花時(shí)段，并能準(zhǔn)確地將采蜜時(shí)間安排在開花時(shí)段。

蜜蜂和鳥一樣會利用太陽進(jìn)行導(dǎo)航，它們的時(shí)間感不僅能矯正由太陽方位變化帶來的誤差，還能憑借超強(qiáng)的記憶力在特殊時(shí)段采集到花蜜。植物的開花時(shí)間各有不同，許多花一過授粉時(shí)間便閉合，而蜜蜂敏銳的時(shí)間感讓它們的行動(dòng)與植物開花緊密相關(guān)。

鳥類的“鐘表”對許多鳥類來說，也有一只“鐘表”負(fù)責(zé)支配它們的行為（包括季節(jié)行為和飛行行為）。毛腳燕每年春天從非洲飛到東南亞、印度或尼泊爾，依靠的就是體內(nèi)的一年敲一次的生物鐘。有趣的是，有些鳥兒如雀鷹， 會在每年的同一天下蛋，它們把握時(shí)間的準(zhǔn)確度著實(shí)讓人難以置信，堪比人類發(fā)明的各種同步裝置。

椋鳥每天歸巢的時(shí)間也相當(dāng)精準(zhǔn)，它們的晝夜周期誤差常常可以精確到秒。每當(dāng)新的一天隨著太陽升起開始時(shí)，椋鳥的生物鐘就安排它們啟航。它們把太陽當(dāng)作航標(biāo)，雖然太陽在空中沿著弧線移動(dòng)，但椋鳥精確的時(shí)間感能夠矯正太陽的位置變化。在白天的任何時(shí)間，它們都能非常清楚地知道太陽在什么方位，這就像古人用羅盤指明方向一樣。如果沒有太陽作為參照物，椋鳥的生物鐘就會失準(zhǔn)，就會偏離24小時(shí)的周期規(guī)律。

對于沙丘鶴、印加燕鷗和灰色海豹這些季節(jié)性移民來說，它們又是如何跨越數(shù)千千米到達(dá)精確的目標(biāo)位置的呢？它們的行為和椋鳥相似，稍有不同的是，除了利用內(nèi)部“鬧鐘”和太陽來確定縱向（東-西）位置外，它們還利用恒星的方位或地球的磁場來判斷緯度（北-南）位置。它們就這樣夜以繼日地完成了從筑巢到繁殖再到遷移的為時(shí)整整一年的龐大項(xiàng)目。