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古时候,大部分人都过着“日出而作,日入而息”的田园生活。由于生产力低下,一亩地产不了多少粮食,所以勤劳的人们总是通过延长劳动时间来换取粮食的增产。一到农忙时节,人们每天天不亮就要起床去田里劳作。然而,古时候并没有闹钟,人们怎样才能早早地起床呢?
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+ V' B2 f) x( d& O9 l% N# f* C" W唐朝诗人李贺有云:“雄鸡一唱天下白。”公鸡每天黎明时分打鸣的声音穿透力极强,总是能够按时叫醒勤劳的人们,成为自然界的活闹钟。
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8 r" T- E" ^2 Y# ~) L& {& z与人类相比,公鸡的进化程度要低得多,为什么人类这样的高等生物都没进化出准时起床的功能,而公鸡却能够做到每天准时打鸣呢?
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/ }7 i/ F4 }$ s) t5 h2 _5 c2013年,日本名古屋大学的科学家做了一个公鸡打鸣的实验,试图找到该问题的答案。他们找来了100只体格健壮的公鸡,把这些公鸡关到一个密闭的房间内,房间里安装了几个灯泡。
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1 U) r2 a) i' J实验开始后,科学家对这个房间内的光照进行了人工控制:每开灯12个小时后,就关灯12个小时,这样一直重复两个星期。两个星期后,实验数据显示,在这种有规律的光照条件下,公鸡会在光照来临前的两个小时左右开始打鸣。
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a& {6 m7 ~7 w! K接下来,科学家改变了房间内的光照时间,他们没有再让灯光亮起,这100只鸡全面进入“黑暗时代”——全天24小时无光照。一个星期以后,这些公鸡仍然记得之前12小时规律光照实验中大概的时间,在将有光照的时候开始打鸣。
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0 A/ T; G( F6 u不过,随着时间的推移,公鸡们打鸣的时间似乎出现了偏差。原本24小时打鸣一次的它们,全黑以后变成了23小时48分钟一次,相差了12分钟。这就说明,在黑暗的环境下,公鸡对时间的感知出现了问题,光照确实会影响公鸡打鸣。
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在房间全黑的条件下,日本科学家又添加了一些其他的实验因素来观察公鸡们的反应。他们随机地开灯和关灯、播放公鸡打鸣的录音,以此来“欺骗”它们。结果显示,尽管这些无规律的刺激确实会引起实验中的公鸡打鸣,但是如果这些刺激是在之前光照开启的时间前后,那么它们打鸣的次数会比其他时间段更频繁一些。
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: c' I" W! t' S" d, r6 U由此,日本科学家得出结论:公鸡打鸣主要是由内在的生物钟调节的,同时也会受到外部环境的干扰。
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6 E% a+ a2 I% h* e4 c" b! @然而,生物钟又是什么呢?
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2017年,诺贝尔生理学奖颁发给了三位研究生物钟的科学家,他们获奖的原因是共同发现了生物体昼夜节律的分子机制。生物钟又称生理钟,它是生物体内的一种无形的“时钟”,实际上是生物体生命活动的内在节律性,由生物体内的时间结构序所决定。
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事实上,地球上所有的动物体内都有一个生物钟,尽管它们的外在表现形式各不相同。生物钟从白天到夜晚24小时一个循环,与地球自转周期相吻合。生物钟受大脑的下丘脑"视交叉上核"(简称SCN)控制,和所有的哺乳动物一样,人类大脑中SCN所在的那片区域也正处在口腔上腭上方。人类之所以有昼夜节律的睡眠、清醒和饮食行为,全部都要归因于生物钟的调节作用。
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人类和其他动物的生物钟由一系列的基因和蛋白共同作用而形成,影响动物体内不同时间段的生理变化,比如体温、脉搏、血压和激素分泌等。
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/ M1 L! `7 A+ ^ m- P; J9 T( G: b生物钟作用于公鸡身上,就表现为每天太阳出来之前准时打鸣。公鸡体内的生物钟机制,主要与光线的强弱变化有关。每天凌晨四五点钟,天还未亮,公鸡却能够凭借其超强的光线感知能力提前接收到太阳发出的信号(也就是光照)。一旦接收到这种信号,公鸡体内的生物钟就会被唤起,然后就开始打鸣了。
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另外,公鸡的大脑中有一个叫做“松果体”的腺体,它的细胞内含有丰富的5-羟色胺,能够在特殊酶的作用下转化为褪黑素。褪黑素是一种胺类激素,它在调节昼夜节律和睡眠-觉醒方面发挥着重要作用。夜晚的时候,公鸡大脑中的褪黑素分泌达到高峰期,所以这个时候它一般不会打鸣。而到了黎明时分,公鸡体内的褪黑素分泌减少,它就会从深度睡眠中醒过来,开始打鸣。
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* { f$ [/ i6 [( r除了每天凌晨四五点钟准时打鸣以外,公鸡在其他时间段也会打鸣。当深夜受到亮光刺激(比如月光)时,公鸡可能会误以为天亮了,所以这时它也会打鸣。当它体内的生物钟发生紊乱时,公鸡也会在“不恰当的时机”打鸣。
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6 B% ~* }+ S7 E9 H) o一般来说,动物的每一种行为都有其生存意义上的原因,公鸡打鸣也不例外。
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首先,公鸡打鸣是一种“宣誓主权”的警告行为,就如同狮子巡视领地并做出标记、老虎发出震山吼叫那样。众所周知,公鸡好斗,这种好斗精神也体现在护食和捍卫领地方面。一旦发现外敌靠近,公鸡就会通过打鸣来警告入侵者。
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. x, w8 P4 o& D其次,公鸡打鸣是一种宣扬地位的方式。在日本科学家的实验中,有一个十分有趣的现象:地位优势明显的公鸡打鸣比其他鸡更早一些,地位最高的公鸡有破晓的优先权,地位最低的公鸡只能在其他鸡打鸣完后再打鸣。此外,地位越低的公鸡,打鸣的频率也越低。
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最后,公鸡打鸣也是一种求爱的方式。科学家研究发现,雌性鸟类在选择雄性鸟类时,除了羽毛的艳丽程度外,鸣叫也是一个重要的参考因素。德国一名科学家曾对青山雀进行了细致的研究,结果发现叫得越早的雄鸟,越容易得到雌性的青睐。公鸡通过打鸣的方式,能够向母鸡展现自己的魅力,表达自己的爱意,从而增加与异性交配的机会。
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