跟随诺奖步伐探索生物节律

碧桂园学子用AOI探究向诺贝尔医学奖得主致敬

关于生物节律行为的探究

第一部分

一、 全球背景

背景来源：2017年诺贝尔医学奖的颁发

具体事例介绍："很多年来，我们一直知道所有的生命体包括人类在内都有一个内部的生物钟来让他们适应昼夜变换并找到生命的节奏。但这个生物钟到底是如何工作的?"按诺贝尔官方新闻所述，获奖三位科学家(Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash 和Michael W. Young)的工作窥探了生物钟的秘密并解释了其工作原理。他们的研究成果解释了植物、动物以及人类是如何适应这种生物节律并同时与地球的自转保持同步的。

生物钟与我们的生活息息相关

一个人昼夜颠倒，作息失常，久而久之一定会疲乏甚至生病。对普通人来说，这是经验和常识。对科学家们来说，则是在"细胞核""基因""蛋白质编码"层面进行千百次实验的结果。其结论、数据无可辩驳——生物钟在一天之中的不同时段，对我们的生理功能进行着非常精准的调节，例如行为、激素水平、睡眠情况、体温，以及新陈代谢等。

全球背景类型：科技与技术的创新

全球化和可持续发展

由此引发的个人思考：在我们的日常生活中，作息时间对人们的生活起到了很大的作用及影响，而这就与生物钟有着直接关系，我们从而开始探究节律行为。

二、资料收集

节律行为的概念：动物的活动或运动适应环境中自然因素的变化而发生有节律性的变动，叫做节律行为(rhythmic behavior)。 如昼夜节律、月运节律、季节节律等。

关键资料：有些生物大约每隔24小时就出现一次周期性节律，这种活动、生理机能与地球的昼夜相联系，称为昼夜节律，如昼行性(蜂、蝶、鸣禽)、夜行性(鼠、蝙蝠、猫头鹰)、晨昏性(夜鹰)。

月节律多指海洋动物的活动与潮汐、潮落相联系。潮汐是随日月位移的引力而发生周期涨落现象。生活在潮间带动物的活动规律，大多与潮汐规律相适应。如藤壶(甲壳纲，藤壶科。附着在海边岩石上的一簇簇灰白色、有石灰质外壳的小动物)、牡蛎等在涨潮时在水下觅食，蟹类在退潮时爬出洞穴在海滩觅食等。

节律行为有些生物随着季节的改变而发生周期性的行为称为季节节律。例如许多鸟类在冬季来临之前迁往南方温暖的地区越冬，两栖类、爬行类到冬季都有冬眠的行为，鱼类则有洄游行为等。

动物的活动和生理功能与地球的昼夜相联系，如各种蜂类、鸣禽及大多数哺乳类动物属昼行性，而鼠、蝙蝠、猫头鹰等属于夜行性动物，还有如夜鹰等动物多在早上或黄昏活动，称晨昏性动物，这些是以24小时为周期出现的现象。

海洋动物的活动与潮落有联系，它与动物的觅食、繁殖等行为悉悉相关。如牡蛎等动物是海水涨潮时觅食，但蟹类是待落潮之后大量取食，显然生活在潮间带的动物的活动规律，大多与潮汐规律相适应，称为月运节律。

还有季节节律的动物，如温带地区的鸟类和兽类多在春季繁殖，兽类在春秋两季换毛，热带动物出现夏眠，寒带动物出现冬眠以及鸟类的迁徙等都有季节节律。这些节律都是按动物的内在程序陆续展现的。很多专家认为，尤其是鸟的迁飞行为确实决定于鸟的某种内在节律，而所有内在节律又必须同外界自然节律相吻合，这是长期适应自然界的结果。

与人类相关的节律行为：

1.晚上9-11点为免疫系统(淋巴)排毒时间，此段时间应安静或听音乐 。

2.晚间11-凌晨1点，肝的排毒，需在熟睡中进行。

3.凌晨1-3点，胆的排毒，亦同。

4.凌晨3-5点，肺的排毒。此即为何咳嗽的人在这段时间咳得最剧烈，因排毒动作已走到肺;不应用止咳药，以免抑制废积物的排除。

5.凌晨5-7点，大肠的排毒，应上厕所排便。

6.凌晨7-9点，小肠大量吸收营养的时段，应吃早餐。疗病者最好早吃，在6点半前，养生者在7点半前，不吃早餐者应改变习惯，即使拖到9、10点吃都比不吃好。

7.半夜至凌晨4点为脊椎造血时段，必须熟睡，不宜熬夜!

第二部分

一、课题介绍

探究主题：生物节律行为

二、中心思想

探究此次诺贝尔生理学或医学奖的研究成果--节律行为，更加清楚地了解有关节律行为及现象对生物生活的影响。

三、重大概念

联系：生物节律行为从现象到本质的揭示

观点：节律行为受基因调控

四、相关概念

形式：节律行为是什么？

功能：研究它有什么用？

反思：我们可以从节律行为的探究中获得知识，用以调节自身。

第三部分

探究过程及发现

为了更好的开展本次探究活动，七八年级的探究小组进行了充足的准备，分成了几个小组，各自分工合作，开展了问卷调查、人物访谈、实地考察、实验操作、宣传、资料整合等，同学之间互帮互助，促进了探究活动的顺利进行。

一、前期准备

1、为初步了解此次诺贝尔生理学奖，老师搜集了大量资料，组织探究小组观看，极大的激发了大家的探究热情。

2.查找资料，确定探究主题

大家上网查阅大量有关节律行为和此次诺贝尔生理学奖的资料，经过热烈的讨论决定以探究生物节律行为为主线，精心构建探究活动路线，致力从此次诺贝尔奖中找寻节律行为与人类与生物生活的关系。

二、问卷调查

1、设计调查问卷

问卷调查这项工作非常重要，集齐了近十人的智慧完成了问卷的设计，旨在调查大家对节律行为的了解程度，让大家了解节律行为，并用于规范自己的生活。问卷调查组设计了一个《关于生物节律行为的探究》的调查问卷，并于2017年11月18-24日在街头、学校等随机抽取了近30人进行了问卷调查，且还在网络进行了近60人的问卷调查。

（网络问卷调查）

（现场问卷调查）

2、问卷调查统计结果分析

从调查中得知，大部分人对今年获得诺贝尔奖的科学家比较熟悉，但是对生理学奖的获得者还是不够清楚。有近75%的人知道此次奖项是跟生物钟有关的，但对生物钟了解不够深入。问卷中知道大家的生活还算是有一定的规律，但是制定时间表、有计划的人很少，大家普遍认为强行改变自己的生物钟，会让自己没精神等。

2. 总结发现

调查结果显示，大家对生物钟不是很了解。其实了解自己的节律行为，有规律的做某件事情，在很多时候可以事半功倍。比如，如果你处于临界期，可以不去冥思苦想，不防让大脑休息一下，适当调整、放松自己；又如，低潮期，可以适当的工作、学习，如果进展不快也不要紧，这时的灵感总是不大多的，要顺应身体的变化，以乐观的态度工作；还有，对于高潮期，这是创作的最佳时期，抓紧这个时间段，将会给你带来巨大的收获；速记或者要死记硬背的时候应该选取自己最有精神最有毅力的时候进行记忆。

三、人物访谈

采访核心目标：了解生物医药行业资深人士对生物节律行为的理解，以及对此次诺贝尔生理学或医学奖的研究成果，即关于对节律行为研究的成果的各项用途与发展前景的分析。

采访嘉宾1

黄剑先生,中国国籍,无永久境外居留权,出生于浙江省,毕业于北京大学,主管营销。曾任职于湖南景达生物工程有限公司。2014年1月起任职于博雅生物制药集团股份有限公司并担任总监一职。

博雅生物制药集团股份有限公司创建于1993年，是以血液制品业务为主的集团化制药企业，总部位于人杰地灵的江西省抚州市。公司是中国血液制品品类和口服糖尿病化学药品类最齐全的制造商之一，属高新技术企业，建有省级企业技术中心和江西省血液制品工程研究中心，并设有博士后科研工作站及院士工作站，综合研发能力处于国内先进水平。

内容：

问题1：您了解节律行为吗，能否对此谈谈您自己的理解？

问题2：想必您一定知道节律行为对人们的重要性，您能否谈谈关于“如果生物失去了节律行为”的看法？

问题3：此次诺贝生理学或医学奖的获奖理由是“以表彰研究生物昼夜节律分子机制方面的杰出贡献”，请谈谈您认为这项研究成果在将来的发展前景和趋势。

回答：

黄先生以熊为代表列举了一个典型的动物的节律行为的例子--熊秋天的时候感觉到温度的变化就会不断的进食，到了冬天温度过低时，就会减少能量的损耗，找到洞穴开始冬眠。如果生物没有节律行为就会很糟糕，物种会灭绝，全球的生态平衡会很快打破。这项研究成果在将来会是一场新的革命，人类去另外一个时区就不需要倒时差，只需要服用某种改变控制时差节律的药就可以了，还可能可以治疗一些诸如抑郁症、失眠等一些精神类的疾病。

采访嘉宾2

七2班陈柳静的爷爷奶奶（湘雅医院退休医生）

内容：

问题1：您两位了解节律行为吗，能否对此谈谈自己的理解？

问题2：麻烦您为我们解释一下昼夜节律。

回答：

节律行为是动物和植物身上都有的一种规律性日夜新陈代谢变化现象。比如一个正常成年人的心跳节律为60-90次/分钟，若低于60，则成为节律减慢，若高于90，则成为节律加快。（节律拥有一定的固定性）昼夜节律主要是指白天新陈代谢快、节律也快，晚上繁殖。植物则是白天慢、晚上快（晚上二氧化碳排放变多）。

采访3

地点：长沙县妇幼保健院

对象：医院某位专家

采访记者：杨昊一

问题：1、基因遗传会遗传父母的哪些特征与信息？

2、常见的遗传疾病有哪些？

3、子女会遗传父母的节律性为吗？

回答：1、血型、外貌和一些先天或后天性疾病

2、唐氏综合症，地中海贫血……

3、会，但是可以被调整。

（此图为杨昊一同学在妇幼保健院做人物访谈，顶着众人的不解的目光挂号、找妇产科医生咨询，此处应有掌声）

总结

这次采访对我们的探究起到了很大的促进作用，能采访到行业资深人士是我们的幸运。通过这次采访，我们圆满完成了我们的探究任务，深入了解了生物节律行为的运作原理和一些事例，完善了我们在各方面的不足；明白了生物节律行为的重要性，和此次诺贝生理学或医学奖的成果将来的发展前景和趋势。

四、实地考察组

实地考察小组

1：了解迪澳生物

广州迪澳生物科技有限公司是一家分子检测领域整体解决方案提供商，是“十二五”国家科技重大专项牵头企业、转基因检测SN行标起草企业，是国内食品安全分子检测的领航者。基于独创的恒温荧光检测技术平台，迪澳生物致力于分子检测设备及配套试剂的研发与生产。目前为包括食品、药品、化妆品、保健品等生产加工企业、第三方检测机构、政府监督部门提供精确高效、操作便捷的分子检测整体解决方案。

因为涉及到机密问题，而且路程较远，探究小组只是通过电话采访和在家长的帮助下找了不少相关的图片了解了公司现在在致力研究的内容——干细胞，是很高端的科技。

分子实验室分为3个主要的区域：试剂配制室（用于分子试剂的配制）、核酸提取室（用于实验样品核酸的制备与核酸模板的几样工作和分子扩增室（用于放置PCR仪器，进行PCR反应《聚合酶链式反应》），部分还带有分子扩增产物分析室，用于扩增产物的后续分析检测工作。整个过程的物件的传递都是通过相连房间的传递窗来进行，工作流向是单一的，从配液到核酸提取，再到PCR，按照这个工作流程来进行。

（迪澳生物公司分子实验室）

2. 参观了解豪丹科技园

3、总结发现：

基因位于我们的细胞核中，不同的基因对生物有着不同的作用。控制生物节律行为的基因也是一个非常神奇的存在，可以利用基因来造福人类，利用控制生物节律行为的基因来调控人类的行为，使效率最大化。

五、实验操作

材料用具：含羞草

提出问题：含羞草是不是真的具有白天叶子张开和夜晚叶子会闭合的现象呢？晚上普通的白炽灯会影响含羞草的闭合吗？

实验过程：

1、白天观察含羞草是否正常

2、晚上观察含羞草是否正常闭合

3、将闭合的含羞草放在白炽灯下，观察它的叶片闭合情况

4、观察白天含羞草会不会正常张开叶子

发现：白天含羞草的叶子自然张开，晚上闭合。但在白炽灯的刺激下，它的闭合时间会退后。

结论：植物也有节律行为，环境的改变也会影响植物的节律行为。

（含羞草第一天8:00 叶子张开）

（第一天19:00，户外，叶子闭合）

（第一天22:00，室内光照3小时，叶子闭合）

（第二天8:00 叶子张开）

（第二天19:00，室内，叶子部分闭合）

（第二天22:00，室内，叶子闭合）

第四部分 探究行动

探究小组的同学们以手抄报、绘制并制作模型的形式展现了大家对节律行为的理解，还组织了一场小型的诺贝尔、节律行为知识分享会。

（诺贝尔生物学奖、节律知识知多少之手抄报）

（桂子健新作）

（知识分享会）

第五部分探究反思及总结

王铭君：此次探究活动，我很庆幸有一群好伙伴，了解了生物钟，了解了每种生物都有自己特定的节律行为；了解了基因与行为的规律，知道了不要轻易去打破生物的节律行为

金玥琳：了解了节律行为，有利于以后的学习

张怡好：学到了一些课堂上学不到的一些东西，有利于以后的学习和生活；认真完成了海报，还帮助别人完成了一部分工作，很有收获

姚惜虞：做问卷调查必须得“厚脸皮”，含尴尬，但却是一个不断挑战自我、使人进步的过程。

赵先知：通过了解节律行为，知道了什么时间段拿来玩游戏既不影响睡眠也更高效。

......

总之，此次诺贝生理学或医学奖的获奖理由是“以表彰研究生物昼夜节律分子机制方面的杰出贡献”，大家如果找出自己的某些节律行为，并加以利用，就能提高自己的学习、工作效率，很好的规划自己的作息，就能使自己生活的更舒适、也更有效率。

第六部分教师点评

整整一月的探究活动，虽然中间有紧张的期中考试，却丝毫没有减缓大家对探究的热情，大家都在尽自己最大的可能做着自己力所能及的事情，及时是临时任务也责无旁贷。在探究活动中，遇到了很多的难题，出了很多的小插曲。比如含羞草根本就不是现在的热销产品，最后只能买到最后一盆瘦瘦小小的；比如实地考察可能涉及到公司的机密，不便入场；又比如个人访谈的光是录音剪接就花了不下三次；大家用自己的休息时间、课余时间，积极的参与、完成这项探究，一路走来、颇有成效，老师为他们感到高兴。

生命不息、探究不止，愿大家能真正了解自己身体的奥秘，做好自己的主人。

附探究小组成员名单：黄黛妮、陈柳静、蒋子豪、周扬、庄圆意、姚惜虞、

熊师羽、桂子健、曾文博、梁珈榕、罗雪妍、尹妍池、

金玥琳、罗匡盈、童伊庆、张怡好、王铭君、赵先知、

陈璟悦、陈果、杨昊一、罗挹尘、何伟齐

指导老师：肖蕾