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湿度揭示昆虫隐藏生物钟,或启示人类

2026-07-21 09:17 Shyh-Chi Chen, Joshu Nature Biological Timing and S 阅读 0
核心摘要: 一项发表于《Nature Biological Timing and Sleep》的研究揭示,湿度作为一种此前被忽视的环境因素,能够像光照和温度一样,调控昆虫的昼夜节律。辛辛那提大学的研究团队在严格控制的环境中观察

湿度揭示昆虫隐藏生物钟,或启示人类

一项突破性研究揭示,湿度作为一种此前被忽视的环境因素,能够像光照和温度一样,作为昆虫的“隐藏生物钟”,调控其昼夜节律。这一发现不仅为昆虫生理学提供了新见解,也引发了对湿度是否可能影响人类生物节律的思考。

这项由辛辛那提大学(University of Cincinnati)研究团队开展的实验,在高度受控的环境中进行。研究人员将接吻虫(kissing bugs)、果蝇(fruit flies)、蚊子(mosquitoes)和蜘蛛甲虫(spider beetles)等多种昆虫置于一个气候和光照均可精确调节的实验舱内。他们观察到,这些昆虫能够根据重复出现的湿度变化(干湿循环)来调整自身的行为模式。更令人惊讶的是,即使在研究人员移除了外部湿度循环后,这些昆虫依然能够按照此前建立的干湿节律持续活动,表现出一种内在的节律性。

辛辛那提大学的Joshua Benoit教授对此评论道:“它们将湿度信号作为一种生物钟。”这一发现挑战了我们对生物钟同步机制的传统认知。

众所周知,昼夜节律是生物体内一种内在的、周期性的生理过程,它调控着从体温到激素活动等一系列生命活动。光照和温度是公认的能够同步这些生物钟的主要环境因素。然而,该研究的首席作者、此前在Benoit实验室工作的Shyh-Chi Chen博士指出,湿度作为日常环境中同样存在周期性波动的因素,却长期以来受到较少关注。Chen博士目前是佐治亚学院与州立大学(Georgia College & State University)的助理教授,他强调:“光照和温度是众所周知的能够同步昼夜节律的强大环境因素。而湿度,就像光照和温度一样,每天都在波动。”

对于人类而言,极端湿度可能仅仅带来不适,但对于昆虫来说,其生存面临的风险要高得多。Chen博士解释说,昆虫的生存依赖于维持足够的水分,避免脱水。他指出:“这对于陆生生物至关重要,因为它们的生存取决于保持水分或避免脱水。”因此,能够预测日常湿度变化,将有助于昆虫选择更安全的时段进行觅食或其他需要消耗能量的活动,从而优化其生存策略。

研究结果显示,尽管湿度对昆虫行为的影响具有统计学意义,但其强度略低于光照或温度。在所研究的昆虫中,蚊子对湿度变化的行为反应最为微弱。动物普遍利用可预测的环境周期来组织其行为,例如月相周期与潮汐相关,太阳周期决定了白昼时长的变化。辛辛那提大学此前的研究也发现,帝王蝶在漫长的洲际迁徙过程中会利用阳光作为导航罗盘。

这项研究的发现自然引出了一个更广泛的问题:反复出现的湿度模式是否也会影响包括人类在内的哺乳动物的生物节律?研究人员表示,尽管这种可能性不能被完全排除,但即使存在影响,其强度可能也过于微小,以至于人类难以察觉。Chen博士指出:“虽然我们目前的研究侧重于动物模型,但它为人类生物学打开了一扇迷人的大门。尽管哺乳动物的昼夜节律主要由光照-黑暗周期主导,但湿度等细微的多感官整合因素的潜在作用不容忽视。”

这项研究得到了美国国家过敏和传染病研究所(National Institute of Allergy and Infectious Diseases)的资助,并已发表在《自然》旗下的专业期刊《生物节律与睡眠》(Nature Biological Timing and Sleep)上。


参考文献: Chen, S.-C., & Benoit, J. B. Humidity entrains circadian rhythms in insects. Nature Biological Timing and Sleep, 2024; DOI: 10.1038/s44306-024-00002-3
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