生物钟之谜
形形色色的生物时间节律
从孩子时候起，每个人就学会了看钟：一只圆盘，分为12等分，一根时针，一根分针，有的钟上还有不断前进的秒针，它向人们报告着时间。时间对我们来说实在太重要了，每个人都有自己的“作息时间”，飞机、火车、轮船都有各自的时刻表，电台、电视台按时播出各种节目。如果没有时间这个坐标，我们这个世界就会乱了套。
在五彩缤纷的自然界中，许多动物和植物虽然不会看钟，但也存在它们自己的时间节律，这就是科学家长期以来十分关注、长期研究的“生物钟”现象，也就是生物节律的问题。
其实，“生物钟”对我们每个人来说，都是十分熟悉的事情。正常人的心脏，每分钟跳动70次左右，正常人的呼吸，每分钟15～20次，它们是如此规律，从古到今，似乎没有太大的变化。
在我国一些偏僻地区的小旅店门口，中华人民共和国成立前常可见到这么一副对联：“未晚先投宿，鸡鸣早看天”。在交通不发达的地区，是靠步行来进行旅行的，天气的好坏会影响行程，每天早上要靠看天来安排旅行计划。每当天将亮时，雄鸡就用它嘹亮的啼声预告新的一天的到来，雄鸡每天按时啼叫，也是“生物钟”的一种表现。如果我们仔细观察自然界，我们可以看到许多有趣的“生物钟”现象。
在动物界，猫白天睡觉，晚上出来活动；猫头鹰是典型的夜行动物，每天半夜12点钟，它的体温最高；蜘蛛是夜间织网的，这种活动从午夜开始，一般持续4个小时才完成。
能自动调节时间节律的提琴蟹
人类花了几个世纪的时间，才设计出与天体运行相符的日历和时钟，然而在美国东海岸科德角的海滩上，却有一种螃蟹能够根据太阳和月亮的运行每天校正自己的“作息制度”。这种螃蟹人称“提琴蟹”，又叫“招潮蟹”。雄性的提琴蟹前面长着一个大螯（不是一双），看上去像在演奏小提琴。这种螃蟹白天颜色变深，晚上颜色变浅，到黎明时又变深。表皮或外壳颜色变深是许多动物用以保护自己的一种本能。颜色变深，不仅使螃蟹的颜色与海滩颜色近似而使“敌人”难以发现，而且由于色素增加，使它能经得起中午强烈阳光的照射。
提琴蟹的另一种生物节律是它能根据潮汐的涨落而安排它的觅食活动。我们知道，潮汐是由于月球的引力形成的。看来，提琴蟹既能根据太阳光改变颜色，又能随着潮汐的涨落来寻找食物。当潮水退去的时候，提琴蟹在海滩上寻找食物，变得十分活跃，而在潮水到来前10分钟，它已经进入了它的洞穴。潮水来到的时间每天都有规律地变化，而提琴蟹能够根据每天潮水的变化调整它的生物节律，这座“生物钟”确实十分奇妙！
长周期的“生物钟”
动物的冬眠和候鸟的迁徙是一种长周期的“生物钟”在起作用。
每当秋天来临，松鼠就为过冬做准备，在夏天，一只活跃的松鼠一天能收集20个硬壳果，但是在秋天，它能收集到300个之多，一到秋天，熊体内的脂肪层增厚，毛也长得更浓密，这也是为冬眠做准备。
当秋天接近北半球的时候，北方的飞鸟就越来越不安了，有一天它们开始长途飞行，飞向南方，因为那里气候温暖。美国加利福尼亚州有一种燕子，它们每年都在3月19日前后的几天里从南美洲飞来，谁也不知道这类燕子用的是什么“日历”。不只是鸟类，海龟也有它出发作远洋长游的准确日期。
植物的“生物钟”
“生物钟”的现象也表现在植物中，例如，有的植物只在夜间开花，有一种芳香的开花烟草，只在日落以后几个小时才开花。夜间开花这种特征也许和花粉及花蜜的分泌有关。我们已经知道，某些植物花粉和花蜜的分泌是按一定的时间表进行的。某些植物还在其枝叶上表现出周期性的变化，如豆类植物幼苗叶子白天抬起，夜间垂落。
科学家还发现，光合作用也有其节律，光合作用是绿色植物重要的机能，它对维持自然界的生态平衡方面有着极重要的作用。白天，在阳光的照射下，绿色植物中的叶绿素能利用根部吸收的水分和叶子吸收的二氧化碳合成碳水化合物（又称为糖类），同时释放出氧气；夜间，由于没有了光照，绿色植物也和动物一样，吸收氧气，释放出二氧化碳。生物学家对于光合作用的研究发现，光合作用在中午时间进行得最慢。中午时候，光照最强，温度和湿度也很适合光合作用，为什么会出现这种特殊的规律？目前生物学家还不能做科学的解释，还需深入的研究。
在利用现代科学技术对单细胞生物进行研究时，科学家同样发现这种低等生物也存在着某些生物节律。例如，外形像草鞋而被称为草履虫的单细胞生物，它的细胞核在中午12点时最小，而在半夜12点时又最大。
所有这些生物的时间节律是如何形成的呢？
“生物钟”的本质——外源性假说
当今世界上，有很多科学家在研究“生物钟”现象。早在1960年6月，就有200多名科学家出席了在美国长岛举行的生物节律国际研讨会。有关“生物钟”的研究历史，可以分为三个阶段：第一阶段是在50年代以前，科学家着重描述各种生物节律的现象；第二阶段在60年代，科学家设法建立一些模型来进行研究；第三阶段是70年代以来的工作，科学家试图用生物化学和分子生物学的一些理论来解释“生物钟”的现象。
虽然目前对“生物钟”有各种各样的学说和解释，但总的来说，这些学说可以分为两类。一类是外源性的假说，这种假说认为，生物节律是生物体的生理功能对来自宇宙环境的某种外部信号的反应。另一类是内源性假说，这种学说认为，生物体系具有自我预知时间的能力，这种能力不依赖环境中周期的变化。
外源性假说可以用“适应性”这个词来解释某些生物节律的现象。例如，我们可以说一些动物是昼行性的，因为它们适应白天的光照，另外一些动物是夜行性的，因为它们适应夜晚的黑暗。
相当长一个时期以来，科学家认为外界环境温度的变化是使生物产生节律的一个主要原因。每当秋天来临，温度降低，树叶枯干，一些动物失去了粮食，于是开始了冬眠，另一些昆虫，如蝴蝶，在秋天则变成了蛹。后来，科学家经过研究发现，引发生物节律外部环境的主要原因是光照，而不是温度，因为动植物都有控制内在过程的感受器。对植物和简单动物来说，受到光照射的细胞起着感受器的作用，对于复杂的动物来说，眼睛是它们的感受器。
光照的反应，除了白昼和黑夜的影响外，还有光照时间的长短。我们知道，地球围绕太阳转动，对北半球来说，夏季阳光直射，早上日出时间提前，晚上日落时间延后，每天光照时间增长。对冬季来说，正好相反，每天光照时间缩短。
光照时间的长短，可以影响植物的时间节律。例如，对于属于“长日照”的植物来说，增加光照的时间，可以使其提前开花。冬天，我们都喜欢种植水仙，由于冬天的光照较短，水仙长得很慢，如果希望它能提前开花，可以将它放在阳光充足的地方，或者在晚间用白炽灯泡照射它几个小时。对于属于“短日照”的植物，则恰恰相反，如秋天盛开的菊花，随着太阳照射时间的减少而生长，如果希望菊花早日开花，可以每天把它们在暗处多放几个小时，增加其少受光照的时间，就可以达到这一目的。对于很多农作物的生长、发育来说，光照是一个重要的因素，如果误了农时，光照时间的变化不仅可能造成减产，而且有可能产生“只长枝叶，不结果实”的后果。
对于高等动物来说，光照是怎样影响它们的生物节律的呢？科学家认为，这和动物的下丘脑有关。我们知道，高等动物的下丘脑是全身激素的总开关，而眼睛则是对光照最敏感的器官