空間時間生物學對消防員的影響

空間時間生物學對消防員的影響

經(jīng)過大量的實驗和觀察，人類在人類進化的過程中從單一的細胞到高等動植物及其自身，它們都按照一定的規(guī)律進行和周期性的生命活動。經(jīng)過大量實驗研究，這種生活方式被稱為生物節(jié)奏。根據(jù)周期的長短,生物節(jié)律可分為近日節(jié)律(circadianrhythm)、超日節(jié)律(ultradianrhythm)和亞日節(jié)律(infradianrhythm)。近日節(jié)律通常是指周期在24h左右的生物節(jié)律,一般來說,其周期范圍在20～28h之間。相應的,超日節(jié)律的周期小于20h,也就是說其振蕩頻率高于近日節(jié)律,故稱之為超日節(jié)律;而亞日節(jié)律的周期則大于28h,即其振蕩頻率低于近日節(jié)律,故稱之為亞日節(jié)律。超日節(jié)律和亞日節(jié)律中包含了很多不同種類的節(jié)律,這些節(jié)律命名的依據(jù)乃是此節(jié)律的周期與自然界周期的關系(表1)。生物節(jié)律是生物體生命活動不可分割的重要組成部分,起著生物能量和物質(zhì)的吸收與釋放的調(diào)節(jié)作用,這些節(jié)律一旦遭到破壞會對生物體帶來不利的影響,有些節(jié)律一旦遭到破壞,生命就要停止。大量實驗證明,生物節(jié)律是生物體在地球環(huán)境,經(jīng)過漫長的生物進化形成的內(nèi)源性節(jié)律,這些節(jié)律在沒有受到外界授時因子(zeitgeber)影響的情況下可以保持其特定的節(jié)律周期,但一旦有授時因子的導引,其節(jié)律周期和相位將會隨著授時因子發(fā)生變化。現(xiàn)代載人航天技術將人類活動的疆域拓展到外層空間,人類的足跡已踏上月球,相信在不遠的將來火星之旅也會變成現(xiàn)實,還有太陽系內(nèi)其他星球的飛行探險……等。外層空間對于生物體來說是個十分嚴酷的極端生存環(huán)境,如大氣非常稀薄(500km高空的大氣密度為10-13mg/m3),高溫(200～500km高空溫度可達1000℃以上),微重力,無論是近地球軌道、繞月及其他星球的飛行,以地球環(huán)境形成的晝夜物理節(jié)律,特別是光/暗周期條件蕩然無存。除此之外,還存在著強電離輻射和遠離社會等環(huán)境因素。生物體直接暴露于如此惡劣的環(huán)境,其生物節(jié)律肯定會遭到破壞,因此,航天飛行要靠航天器提供基本的授時條件。人在外層空間長期生活在航天器內(nèi)會引發(fā)一系列問題,生物節(jié)律就是其中重要的一個方面。另外,人類如果要在月球上建立基地或要在其他星球上生活,其在地球環(huán)境演化形成的生物節(jié)律會遭到很大挑戰(zhàn)。況且,目前人類對生物節(jié)律的許多認識還沒搞清,因此,王正榮、陳善廣等提出在目前國內(nèi)外空間生物節(jié)律研究的基礎上,對生物節(jié)律機制、空間生物節(jié)律特點及空間生物節(jié)律的導引及工程等問題加大研究力度,形成系統(tǒng)的空間時間生物學專門知識及空間時間生物學學科,為實現(xiàn)人類長期生活在外層空間、建立永久性月球基地和飛向火星創(chuàng)造條件。光調(diào)節(jié)基因調(diào)控的原理空間時間生物學是一門尚待完善的新興學科。人類從20世紀60年代突破載人航天技術以來,對空間生物節(jié)律開展過一系列的研究。美國于1967年利用“水星”號任務首次就人在太空飛行的生物節(jié)律做過評價。雖然這些年來發(fā)表過許多重要的文章,但尚未從空間時間生物學學科的高度來系統(tǒng)地開展研究并形成空間時間生物學學科。Mallis等于2005年發(fā)表的研究工作還是集中在航天中的近日節(jié)律、睡眠與工效問題。我們認為長期載人航天中,特別是空間站與未來的月球基地建設,生物節(jié)律帶來的絕非單純的睡眠與工效問題,而是能否在外層空間長期、安全地飛行并在其他星球生存的問題。因此,必須從空間時間生物學這樣的高度來系統(tǒng)研究,建立生物節(jié)律正常轉輪的環(huán)境基礎,制定生物節(jié)律導引的綜合防護措施。根據(jù)目前國內(nèi)外開展的生物節(jié)律的研究,我們認為所謂空間時間生物學是揭示生物體在空間時間條件下生物節(jié)律、時間結構、節(jié)律導引及工程的一門新興學科。近些年來,隨著空間生物節(jié)律研究的不斷深入,生物節(jié)律的基礎研究也取得了一定的進展。首先人們發(fā)現(xiàn)在生物體內(nèi)存在著一個完整的生物鐘,掌控著生物節(jié)律系統(tǒng)。不同種類動植物及哺乳動物的生物鐘有著很大的區(qū)別,但其共同點都具有輸入-加工-輸出的基本功能。圖1為生物鐘的基本控制模式。植物的生物鐘自然界大量的植物性節(jié)律變化及其準確性表明,在植物體內(nèi)存在巧妙的計時與測時機制——生物鐘。在太陽系,地球以每小時1690km/h(赤道點)的速度繞地軸作自西向東的自轉,每轉1周23.56h。同時地球也在圍繞太陽旋轉,其面向太陽的一面總是白晝,這樣地球在自轉和圍繞太陽旋轉過程中其局部地區(qū)就形成了約12h的光/暗(L/D)周期節(jié)律(圖2a),這種L/D周期在空間時間生物學中被稱為授時因子(zeitgeber)。植物在這種L/D交替的環(huán)境中進化和發(fā)育,形成了與其相應的生理節(jié)律?，F(xiàn)已證實,光的L/D周期是植物生命活動的定時器或啟動器,光的L/D周期通過植物內(nèi)的光受體來感受。目前在植物體內(nèi)至少已發(fā)現(xiàn)3種光受體,即光敏素(紅光和遠紅光受體)、蘭光受體和紫外線受體。這3種光感受系統(tǒng)能感受光的方向、光質(zhì)、光強度和光持續(xù)的時間等信息。目前比較公認的光調(diào)節(jié)反應過程基本模式是:光→光受體感受→光受體發(fā)出信號→信號傳遞途經(jīng)→活化轉錄因子→轉錄因子結合到光調(diào)節(jié)基因調(diào)控區(qū)的相應DNA序列→光調(diào)節(jié)基因轉錄→基因產(chǎn)物→光調(diào)節(jié)反應。高等植物是普遍含有光敏素基因家族的成員,它主要吸收紅光和遠紅外光。當植物體處于穩(wěn)定條件下,如連續(xù)光照或連續(xù)黑暗時,植物體呈現(xiàn)出一種自身固有的振蕩節(jié)律,稱之為自激振蕩節(jié)律(free-runningrhythm)。由于這種自激振蕩節(jié)律在沒有外界環(huán)境影響時是自由運轉的,因此不需要每一次循環(huán)都重新啟動,它的周期也不是正好24h,平均周期一般保持在22～28h。自激振蕩節(jié)律在恒定條件下,持續(xù)一段時間后便逐漸消失,持續(xù)時間的長短視物種和給定的條件而定。當自激振蕩節(jié)律消失之后,可被重新?lián)軇?。光是有效的撥動因?即授時因子)。在連續(xù)黑暗中給以短暫光照或連續(xù)光照中用一段暗期中斷,從連續(xù)光照轉入連續(xù)黑暗或是相反等方法來重新?lián)軇訒r鐘,恢復自激振蕩節(jié)律。光照不僅可使停了的時鐘重新振蕩,還可撥準時鐘。例如,當植物轉入連續(xù)黑暗后不久,給以一定的光照,可改變內(nèi)源性節(jié)律的相位,使它的高峰值相位在一天的另一個時間出現(xiàn),而其周期長度不變。地球自轉周期為24h,其L/D周期正好對植物的內(nèi)源性節(jié)律進行重撥和約束,每天撥一次,每天約束一次,使原來自激振蕩的不是24h的時鐘撥準到24h,從而與地球自轉的L/D周期相一致。植物的這種周期性節(jié)律包括莖的生長、根壓、氣孔開放、細胞膜電位、葉綠體移位和CO2的交換等。地球在圍繞太陽公轉時不是直立的,而是有一個23.5°的傾斜角(圖2b)。這個傾斜角與地球圍繞太陽旋轉時的相對位置形成了一年四季日照長短的變化。植物在這種日照長短不斷變化的長期適應過程中,產(chǎn)生了對日長度的適應性反應,通過測量晝長或夜長以及晝長和夜長的變化速率來感受季節(jié)的變化,而在一年中的特定時間里,完成其生長與發(fā)育的特定反應。在一天24h的循環(huán)中,白天和黑夜總是隨著季節(jié)的不同而發(fā)生有規(guī)律的交替變化。一天之中白天和黑夜的相對長度稱為光照周期。生物對白天和黑夜相對長度的反應,稱為光周期現(xiàn)象。在高等植物中有些物種在日照長、黑夜短的時間開發(fā)花;另一些物種則在日照短、黑夜長的時間開花。豆科植物只在L/D呈24h或24h的整倍數(shù)變化時才開花。這類植物對黑暗的要求十分嚴格,起決定作用的是黑夜的長短,在黑暗期內(nèi),短暫的閃光都有可能導致植株不開花。植物開花要求不同的日照長度,這種特性主要與其原產(chǎn)地日照長短有關。這是植物在系統(tǒng)發(fā)育過程中,對于所處的環(huán)境L/D節(jié)律長期適應的結果。短日照植物一般起源于低緯度地區(qū),長日照植物一般起源于高緯度地區(qū)。通常植物的生長發(fā)育是在全日光的全光譜下進行的,實際上,不同光質(zhì)對植物的影響是不同的。綠色植物的光合作用是在可見光區(qū)的大部分波段中進行的,即從380～710nm波長的輻射(光的主要波長范圍是150～4000nm),稱為光合有效輻射(photosyntheticactiveradiation)。其中紅光、橙光主要被葉綠素所吸收,對葉綠素的形成有促進作用,并有利于生成碳水化合物。載人航天深空探測和在地球以外的星球定居,航天員所需的食物、O2和水不可能全靠地球供應,必須就地生產(chǎn)。建立受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)(CELSS)是解決這一問題的根本途徑(圖3)。在CELSS中,受技術條件限制不可能采用全光譜栽培技術,必須選擇合適的光譜范圍。這就必須解決高等植物栽培所涉及的有關光照技術。在生菜生長試驗中,栽培30d后的生菜,100%紅光照射與紅光中補充5%的藍光,植株生長有明顯區(qū)別;加入藍光的長勢基本正常,沒加入藍光的長勢細長、薄弱、蓬松;加入10%藍光的,其長勢與大田的趨于一致。有關植物生物鐘的數(shù)量、位置、核心振蕩器基因、作用機制及其他物理節(jié)律(授時因子)對生物鐘的影響等,還有很多尚未解決的問題,還需進一步開展研究。哺乳動物的生物鐘哺乳動物生物鐘的機制遠比植物的要復雜得多。首先哺乳動物感知時間也主要體現(xiàn)在對空間物理節(jié)律的感知,特別是光的晝夜節(jié)律。它們感知時間時,其機體的節(jié)律都與一天中特定時間的節(jié)律相位的峰值相一致。雖然目前的研究表明哺乳動物的生物鐘系統(tǒng)基本一樣,但人對時間的感知是有區(qū)別的。哺乳動物的生物鐘系統(tǒng)由3個部分組成,分別為:輸入途徑、輸出途徑和中樞振蕩器(圖4)。中樞振蕩器是生物鐘系統(tǒng)的起搏點,位于哺乳動物下丘腦的視交叉上核(suprachiasmaticnucleus,SCN)的兩團神經(jīng)細胞體。哺乳動物感知時間時,各器官不是簡單、被動地對環(huán)境時間信息變化做出反映,而是起搏點占有主導地位,進而驅(qū)動大腦的其他部位和外圍振蕩器。外圍振蕩器僅能在幾天內(nèi)保持自身的節(jié)律,并需要經(jīng)常性地接受來自核心生物鐘視交叉上核的信號進行必要的調(diào)整。生物鐘系統(tǒng)的細胞基礎是具有內(nèi)源性振蕩的自律性細胞。鐘基因定位于染色體特定部位,鐘基因表達相應的蛋白質(zhì),它們的相互作用構成分子基礎。通過測定生物節(jié)律的改變與表現(xiàn)型之間的關系,發(fā)現(xiàn)了某些哺乳類動物中有節(jié)律變異的品系,并且進一步鑒定了一些生物鐘突變型。在小鼠中已得到了鐘基因的突變體,從而為進一步開展鐘基因的分子生物學研究,理解鐘基因的分子機制提供了有益的幫助。近日節(jié)律的基本屬性隨著生物鐘研究的不斷深入,人們對生物節(jié)律的特性有了許多新的發(fā)現(xiàn),就近日節(jié)律而言具有以下幾個基本的屬性。1.近日節(jié)律源自生物體內(nèi)的生物鐘或起搏器(pacemaker),在持續(xù)環(huán)境條件下(持續(xù)光照或黑暗),節(jié)律以24h11min的周期“自由運轉(free-running)”,運轉的速度為均速。2.自由運轉的節(jié)律能被環(huán)境時間信息重置或?qū)б?如短時光照、溫度、甚或群體刺激。在“主觀傍晚”施加的光刺激通常會把節(jié)律推遲,一般為數(shù)小時;而在“主觀深夜”施加的光刺激通常會把節(jié)律提前。白天施加的刺激則通常無效(無效區(qū))。這種重置或?qū)б倪^程并不一定是一次突然的、不連續(xù)的。在很多情況下會從瞬間開始,然后逐漸地從一個舊的階段過渡到一個新的階段。近日節(jié)律循環(huán)不同相位的這種刺激反映模型被稱作相位應答曲線(phaseresponsecurve,PRC)。對于各種有機體的不同節(jié)律類型,PRC都非常相似。3.節(jié)律能被帶入新的時間環(huán)境?？鐣r區(qū)飛行9h,到了新環(huán)境其晝夜節(jié)律系統(tǒng)一般需要12d才能適應新的明暗周期,即使是1h的時差,想要調(diào)整過來也要1d時間。體內(nèi)各種晝夜節(jié)律適應外界時間信息環(huán)境的變化率有所不同,例如體溫節(jié)律,6h的跨時區(qū)飛行,其重置時間需要5d,而睡眠/覺醒節(jié)律只需2d。加速適應新時間環(huán)境的措施包括光照、藥物、運動和飲食。人體生物鐘適應新時間環(huán)境所需的時間造成了“時差癥”。晝夜節(jié)律生物鐘帶入不同的時間環(huán)境與生物鐘對外界刺激如何反應或前面講的相位反應曲線密切相關。4.晝夜節(jié)律是生物鐘,不是溫度計,24h的周期在一個較大溫度范圍內(nèi)都不會有明顯的延長或縮短。假如是生物化學反應,溫度每升高10℃,反應速度就加倍。晝夜節(jié)律生物鐘的24h周期不遵循這一法則,它有很好的“溫度補償機制”(temperaturecompensated);否則,在溫度變動的環(huán)境中,周期就難以保持其規(guī)律性。這對變溫(不能調(diào)節(jié)自身的有機體)尤其重要。由于視交叉上的細胞大約有10%是熱敏的,有2%是冷敏的,因此,溫度變化還是能夠使起搏點的相位發(fā)生移動。近日節(jié)律的基本屬性為開展空間生物學研究打下了一定的基礎?？臻g時間環(huán)境信息的控制與調(diào)整正如本文前面所述,空間時間生物學是研究生物體在空間時間條件下生物節(jié)律、時間結構、節(jié)律導引及工程的一門新興學科,其基本模型如圖5所示。人類在航天飛行時,首先遇到的是所處空間位置的改變,從長期適應的地面水平要上升到100km以上的空間。其次,為了滿足特定的飛行任務,其飛行軌道會隨著任務發(fā)生一定的改變。對于生物體來說,這種空間位置的改變是嚴酷的。另外,隨著空間位置的改變,時間環(huán)境信息也將發(fā)生改變,生物節(jié)律的正常轉輪將受到空間環(huán)境時間信息的嚴重干擾;進入軌道飛行后,航天器座艙內(nèi)的航天乘員其生物節(jié)律處于自激振蕩狀態(tài),這種狀態(tài)的節(jié)律很容易受一些因素的干擾,其結果會導致晝夜節(jié)律的改變。晝夜節(jié)律改變會使航天乘員產(chǎn)生內(nèi)分泌紊亂,感到不適、失眠、沒食欲、缺乏工作能力、身心疲勞和精神壓力加重等。在這種情況下如果不對空間位置與時間環(huán)境信息加以控制和調(diào)整,人類將很難完成長期及星際間空間飛行。目前空間時間生物學的主要任務是要深入研究空間時間生物節(jié)律基本特征與機制,研究空間與座艙環(huán)境對生物節(jié)律的影響及可行的節(jié)律導引防護措施及航天器設計中保證節(jié)律正常轉輪的工程問題。目的是為了實現(xiàn)長期航天飛行,滿足人類探索外層空間的需要,目前研究的重點主要集中在航天飛行對晝夜節(jié)律的影響。視角三:時間環(huán)境信息改變引發(fā)的生物節(jié)奏改變在航天飛行時空間位置與時間環(huán)境信息的改變能夠引發(fā)晝夜節(jié)律的改變。空間位置改變帶來的主要問題是生物體的授時因子(即時間環(huán)境信息)發(fā)生變化,導致外在環(huán)境的外在節(jié)律與生物的內(nèi)在節(jié)律發(fā)生錯位,內(nèi)在節(jié)律的周期與相位發(fā)生變化。光暗周期環(huán)境發(fā)生變化,不再遵循地球環(huán)境24h為周期的運行節(jié)律以近地軌道飛行來說,航天器圍繞地球飛行的高度一般在330km到480km,飛行1圈約90min。在每90min“一天”的飛行中,載人航天器快速地繞地球移動,艙內(nèi)的航天乘員(或其他生物體)要飛過24個時區(qū)(西經(jīng)0°～180°和東經(jīng)0°～180°),并與地球自轉交織在一起,航天乘員在地球上一晝夜時間內(nèi)要經(jīng)歷16～20次的日出與日落,平均每隔45min一次;在星際飛行時,航天器在地球引力的邊緣飛行,艙外一邊是陽光明媚,一邊確是暗淡的深空;艙外兩邊晝、夜同時存在,形成強烈反差,與地球上的晝夜比較,發(fā)生巨大變化。在這樣軌道周期的環(huán)境時間信息條件下,航天員內(nèi)在的24h晝夜節(jié)律與軌道上形成的光/暗周期變化總是有差別。其生物節(jié)律(如果對這種光暗周期不加控制與導引)會隨著軌道周期帶來的光/暗周期變化,頻繁地進行調(diào)整。為了保證航天器艙內(nèi)生物體在地面形成的24h為周期的生物節(jié)律,要在座艙內(nèi)建立一種適合地球環(huán)境晝夜節(jié)律變化的光/暗周期環(huán)境。時間環(huán)境信息發(fā)生變化時間環(huán)境信息是人類感知時間并保持晝夜節(jié)律的重要授時因子。航天飛行時,人或其他生物體長期脫離地球環(huán)境形成的環(huán)境時間信息,會產(chǎn)生晝夜節(jié)律改變。另外,人在跨緯度飛行后,收縮壓、平均動脈壓、舒張壓以及心率諸方面都有所變化。實驗結果表明,當我們在某個星期二下午6時,這時我們已經(jīng)吃過晚飯,由北京(東8區(qū))起飛向東飛行9.30h,穿過日界線,到美國的西雅圖(西7區(qū))。這時西雅圖的地方時確是星期二的上午9時30分。而我們體內(nèi)的生物鐘仍指向北京時間,我們會認為這時是星期三凌晨2時30分。被試者普遍會因為這一天“重過”變長而感到不適。對于航天員來說,這種因時間環(huán)境信息改變帶來的生物節(jié)律的變化,最突出的問題是產(chǎn)生睡眠困難、睡眠質(zhì)量差、睡眠周期改變和失眠?！半p子星”7號上的航天員曾在飛行期間記錄過55h腦電圖,在飛行的第一個晚上,睡眠很差,第二天晚上才回到正常的睡眠周期,他們都感到很疲勞,每晚平均睡5.3h。又如航天員楊和克里平在4月13日1時整開始睡覺,并在這7h50min的休息時間里,航天員應當用安全帶把自己“捆”在飛行艙的彈射椅上,然而,由于“哥倫比亞”號在姿勢調(diào)整推進器點火時噪聲太大,加之生物節(jié)失調(diào),很難入睡,此時他們已經(jīng)有18h沒有睡覺了。但他們一直都處于極度興奮中,一時也難以入睡。他們正好利用這個機會,貪婪地觀看窗外的絕妙景色,最后他們關上了燈,拉上窗簾,打算入睡,這一夜其實他們只睡了3～4h?，F(xiàn)已證實,當工作、休息周期和光照條件等授時因子改進時,飛行中的睡眠可以得到相應的改善。重力條件發(fā)生變化有報道稱失重可能是造成空間生物節(jié)律紊亂的重要因素之一。以人體體溫節(jié)律為例,在地球1G條件下,由于重力的作用,即使環(huán)境無風,體表仍然存在向上的氣流運動,即自然對流。但在失重條件下,由于自然對流的消失,體表的空氣層被加熱后停滯不動,成為隔熱層;而且滯留的空氣極大地抑制了汗液蒸發(fā),使人體的蒸發(fā)散熱率明顯降低。因此,在失重條件下若不進行強迫對流以適當補償,就會引起體溫調(diào)節(jié)的失常,從而引發(fā)體溫節(jié)律的改變。再者,在失重時由于流體靜壓消失,血液頭向分布,下肢血液減少。由于血液的分布決定了體表溫度的區(qū)域性特點,從而使人體體表溫度發(fā)生明顯的改變。“禮炮”-6號航天員在飛行的12d內(nèi),下肢容積明顯減小,小腿皮溫由33℃～34℃下降至30℃～31℃,而胸部衣內(nèi)皮膚溫度卻由33℃升高至36℃。俄羅斯“和平”號空間站第18、21、22和23次任務的統(tǒng)計可以看到,約30%航天員操作失誤的發(fā)生是出現(xiàn)在飛行的第一個月。這種現(xiàn)象可能為人對微重力和新的工作環(huán)境適應過程。另外,時間的感知不僅與任務的內(nèi)容有關,而且與人的態(tài)度、動機以及采用的方法也有關。如有不舒適感覺,則時間間隔延長或再現(xiàn)的時間間隔延長。有研究報道,在失重條件下,由于感覺系統(tǒng)的變化和被試者的情緒狀態(tài)所致,會出現(xiàn)“時間壓縮”(timecompression)現(xiàn)象,表現(xiàn)為:在預定的時間內(nèi)不能完成預定的工作。由于航天飛行的成功與按航天的日程表操作和緊急事件的快速決策處理能力等有關,因此,正確了解航天員的時間知覺特點具有重要的實際意義。一些美國和前蘇聯(lián)的航天員曾主訴沒有足夠的時間來完成航天日程表安排的活動。美國3次載人“天空實驗室”進行選擇作業(yè)時都出現(xiàn)過這種情況。例如第三次載人“天空實驗室”(Skylab4)飛行中,航天員的幾次實驗時間都落在預定的時間表之后,并開始出現(xiàn)錯誤,這就導致了航天員和地面飛行控制人員的意見不合。又如1985年航天飛機上發(fā)現(xiàn)航天員在飛行中對短時間的估計出現(xiàn)過長的估計情況,而對8、12、16s這樣長的時間估計則沒有明顯的影響。航天員季托夫?qū)υ佻F(xiàn)長時間間隔的實驗結果也如此,他在地面訓練模擬器中,在早晨、白天、傍晚和夜間四段時間內(nèi),對20s的時間間隔的再現(xiàn)結果分別為20.8,20.2,20.2和20.0s;而在航天中其相應的測試結果是20.3,20.3,20.1,20.1s。失重飛機上的觀察結果表明,在開始的數(shù)次失重飛行實驗中,耐受失重好的被試者,在判斷時間間隔方面,一般都低估時間,如把35～40s間隔確認為15～20s。相反,對失重有不適感的被試者則把24～26s的時間間隔延長到1min或更長。對于再現(xiàn)一定時間間隔的研究,發(fā)現(xiàn)對失重飛行產(chǎn)生積極情緒色彩的人來說,大都能正確或延長再現(xiàn)的時間間隔;而對失重產(chǎn)生消極情緒色彩的人,則往往縮短再現(xiàn)的時間間隔。社會因素社會接觸和隔離循環(huán)(SI循環(huán))已被證明是一種能夠加強其他授時因子作用的重要的輔助性時間信息。例如,在飛行跨越6個時區(qū)后,那些被強制要求待在旅館房間里的被試者比那些允許到市外接收其他環(huán)境信息的被試者更慢地適應新的環(huán)境,其節(jié)律更慢地被新環(huán)境時間所導引。當然走出室外的被試者能夠更多地暴露于更強的光/暗循環(huán)環(huán)境中,也能更好地攝食,更多地聽到各種環(huán)境聲音,而留在房間里的被試者只能走進陰影或開燈,這也會造成他們節(jié)律的差異。社會信息對于盲人也是很重要的,許多盲人的近日節(jié)律能夠被很好地導引為24h的節(jié)律周期,但是始終有部分盲人的近日節(jié)律周期不能被導引為24h的周期,這也從另一個側面反映出社會因素作為人類可能的授時因子的不確定性。隔離是指其身體與社會環(huán)境相分開的意思,可以是個體也可以是一個小群體。隔離意味著與家人、朋友和社會的普遍別離,各種關系的喪失,在地球上曾擔任角色的喪失,友情和尊重的喪失等。噴氣機駕駛員在離開地表時曾體驗到這種別離反應,有人抑郁、有人欣快,也有人未受影響。波蘭對高空飛行員的研究表明,約有35%受訪的飛行員說有孤獨感和離開地面的不愉快反應。在地面的隔絕環(huán)境的模擬實驗中,也出現(xiàn)過對短時間的估計出現(xiàn)過長的估計情況,可觀察到再現(xiàn)時間間隔存在明顯的個體差異,30%的被試者再現(xiàn)時間間隔加長,15%的被試者縮短,50%的被試者則長短兼有,這說明隔絕因素對不同人的時間間隔感知的能力是有區(qū)別的。同樣,在航天中也出現(xiàn)過類似的節(jié)律失調(diào)的癥狀。如1982年“禮炮”7號211d的飛行中,1名航天員在第3天就主訴有緊張性頭痛,他在日記中寫道:“早晨,我感到有點心神不安,早飯后才好一點……”,在飛行4個月時,他寫道“我開始有失眠的麻煩,我躺在那里像一個少女那樣想各種事情,想家,我失眠到凌晨2點才入睡,我喜歡看報紙,這些報紙以前我已看過十多遍”。在返回地球的日子里,他寫到:“我的心境異常焦慮,那里的事情會怎樣?我們不再習慣,我們已學會適應空間小島上的生活,而現(xiàn)在又必須再一次面對真實世界,實在令人不安”?？臻g生物韻律的一般特征雖然國外對空間飛行的生物節(jié)律已研究了多年,但空間時間生物學作為一個新的學科體系,也只剛剛被提出來,學科建設、知識體系的形成以及相應的研究工作尚待開展,主要有以下幾個方面?？臻g時間生物學的基礎研究基礎研究是形成知識體系的重要組成部分,開展基礎研究應從學科的高度加強系統(tǒng)性,這對空間時間生物學學科體系的形成是十分重要的。有些節(jié)律的變化也只有從系統(tǒng)的高度才能認識得清楚,對于那些節(jié)律變化機理目前尚不清楚的應加大研究力度?，F(xiàn)有的研究已證實,生物鐘的細胞基礎是具有內(nèi)源性振蕩的自律性細胞,鐘基因定位于染色體特定部位,鐘基因表達相應的蛋白質(zhì),相互作用,構成了生物節(jié)律的分子基礎。研究鐘基因的分子生物學對理解生物鐘的分子機制很有益,特別要強調(diào)的是,在基礎研究中,要系統(tǒng)地開展空間時間生物學分子水平上的研究工作,如:Per1、Per2、Per3、Clock、Bmal1、Tim、Cry1、Cry2和Tau基因等在空間環(huán)境的轉錄與表達等。空間生物節(jié)律特征的實驗與觀察人類自突破載人航天技術以來,雖然就空間生物節(jié)律問題開展了一些研究工作,但離未來載人航天的要求還顯得十分不足。在航天飛行中,影響生物節(jié)律轉輪的因素還遠不止上節(jié)提到的那4種因素。目前,由于受載人航天飛行活動的限制,研究工作大都集中在近日節(jié)律方面,對于長期飛行、建立月球基地和未來的火星飛行來說,超日節(jié)律、亞日節(jié)律、年節(jié)律、月球節(jié)律和火星節(jié)律等研究都是非常重要的。這些生物節(jié)律的研究一是實驗周期比較長,再有就是有些實驗數(shù)據(jù)也不是很容易就能得到的。因此,對于空間生物節(jié)律特征的觀察,特