這是一個春日週五的晚上七點，位於奧克蘭的Highland醫院急診室——北加州最繁忙的創傷中心之一——正準備迎接一位病人。病人是一位被汽車撞倒的年輕自行車騎手，他被送到醫院時，鮮血正順著太陽穴流淌。從迷宮般的病房中，近十名醫生和護士組成的醫療團隊迅速趕到，圍在病人身邊忙碌起來。看起來比大學二年級學生大不了多少的一年級住院醫師阿米莉亞·布雷爾立即接管了局面。團隊剛固定住病人，布雷爾就必須立即做出決定：拍X光片？插管？輸血？她迅速判斷出病人沒有內出血，也不需要手術，在包紮好病人頭部後，便安排了頸部X光檢查。今晚，布雷爾還要做出六個類似的關鍵決定。 Highland醫院是一家教學醫院，或許是全美競爭最激烈的急診醫學住院醫師培訓計畫。要在這裡立足，她必須非常優秀。但要成功，她必須時時保持敏銳。在海蘭醫院熙熙攘攘的人群中，面對著混亂和傷痕累累的病人，這種專注力本身就亟需關注。安德魯·赫林是一位急診室醫生，他負責指導布雷爾和其他40名住院醫師，他對團隊的狀況感到擔憂。急診科醫師是輪班制的，他們的工作時間被安排在一個令人眼花撩亂、不斷變化的早班、午班和夜班輪班表中，每月總共要上20個不同的班次。這樣的安排旨在將夜間工作的負擔平均分配給整個醫生團隊。但赫林說，儘管出發點是好的，結果卻是每個人都精疲力竭、睡眠不足。這對醫生和病人來說都很危險。 「一個夜班的認知影響會持續一周，」赫林說道，他是一位哈佛大學畢業的醫生。 “下班後，你就像炸過的肉餅一樣，酥脆無比。人們第二天會告訴你他們休息好了，但事實並非如此——於是就容易出錯。”
這種現象並非急診室獨有。光是在美國，就有大約1500萬輪班工人面臨夜間工作的風險。重大工業事故，例如1979年三里島核電廠的熔毀事故，大多發生在黎明前的深夜。事實證明，「夜班」這個名字名副其實。經常熬夜的人罹患憂鬱症、肥胖症、糖尿病和癌症的風險也較高。事實上，這種關聯性如此之強，以至於世界衛生組織在2010年將深夜工作列為可能的致癌物。
生物學家逐漸認為，熬夜工作之所以會產生負面影響，是因為它會擾亂我們的晝夜節律——一種神秘的內在計時機制，能夠受到光照和溫度等外部因素的調節。事實上，地球上的每一種動植物——甚至某些細菌——都進化出了這種細胞振盪機制。它控制著數百種其他關鍵過程，以24小時為週期開啟和關閉能量。它協調著我們日常活動的最佳節律，例如認知、脂肪合成，甚至是頭髮生長。
生物學家們才剛開始詳細研究和了解這些內在生理時鐘，它們會根據我們所吃的食物、運動習慣、社交互動和光照模式不斷進行同步。而無論我們是否意識到，我們都在不斷地與它們對抗。
2006年，維吉尼亞大學的研究人員連續八週，每週一次，將實驗小鼠籠子裡的燈比平時提前六個小時打開，阻止它們重置生理時鐘。就光照變化而言，這相當於它們每週從紐約飛往巴黎一次。結果是：幼鼠生病並出現精神不穩定行為；53%的老年鼠直接死亡。
「我真的很擔心我們是在自尋死路，」赫林一邊說著，一邊環顧急診室，布雷爾和其他人則忙於處理各種事務，在身心上都透支著自己。
今年春天，赫林讀到一篇關於加州大學聖地牙哥分校研究人員所進行的另一項小鼠研究。這些研究人員隸屬於加州大學聖地牙哥分校晝夜節律生物學中心，該中心致力於新興且常被忽視的時間生物學領域——即研究我們體內生理時鐘的科學。該中心的科學家研究人類脫離自然光照週期和其他調節身體的外在訊號所帶來的影響。與維吉尼亞大學先前的研究不同，加州大學聖地牙哥分校的這項小鼠研究帶來了好消息：他們找到了一種利用黃昏光線來幫助老鼠適應不規則的晝夜週期的方法。
赫林主動提出讓他的團隊作為研究對象參與研究。 「我覺得我們真的需要用不同的視角來看待這個問題，」他說。
加州大學聖地牙哥分校（UCSD）時間生物學中心主任蘇珊·戈爾登（Susan Golden）不僅談論時間生物學，她更是身體力行。在家中，她和丈夫詹姆斯（James）——一位同樣在UCSD任教的微生物學教授——會依偎在電視機前，戴著橙色太陽眼鏡阻擋藍光，因為人體會將藍光解讀為正午的強光。他們還在浴室和臥室的燈上安裝了調光器，以便在夜間調暗燈光。
「我們都不是試圖脫離科技的盧德分子，」戈爾登有一天在校園應用物理與數學大樓的辦公室裡告訴我。 “但這種科技生活方式需要更加明智，”她補充道，“因為我們是進化於地球的動物。”
和她的35位同事中的大多數一樣，戈爾登畢業時並沒有立志從事時間生物學領域的研究。上世紀80年代她攻讀研究所時，這個領域幾乎不存在。她的專長是研究以光為能量來源的細菌，至今依然如此。但隨著電腦和分析方法的進步，現在可以一次處理數千個組織樣本，並繪製出代謝過程隨時間變化的曲線。這個新增的第四維度讓戈爾登意識到，過去她只專注在單一時間點的訊息，錯過了多少重要的東西。這促使她決定，科學加上時間——也就是時間生物學——才是她未來職涯發展的方向。
「過去五年我們真正學到的是，晝夜節律研究不能被視為一門小眾學科，」她說。 「它屬於生物學範疇。如果不考慮時間因素，就無法充分研究神經生物學、新陳代謝和微生物組。所有這些細胞和器官中的所有過程都會隨著時間而變化。如果你只關注靜態快照而不考慮時間因素，就無法得到正確的答案，或者至少無法得到完整的答案。”
1972年，神經科學家首次發現大腦下視丘中一個微小的區域如何充當人體的主生理時鐘，這幅圖景才開始逐漸清晰起來。這個由2萬個神經元組成的小簇，被稱為視交叉上核，它向全身發送信號，使人體各種生理過程在24小時週期的正確時刻保持開啟或關閉。該系統以日光作為其維持正常運作的主要訊號。
隨後又有其他發現。事實證明，幾乎每個器官都有其內部的「計時器」。你的胰臟擁有一套機制，可以告訴它何時釋放胰島素，何時停止釋放。你的肝臟知道何時停止處理肝醣，何時開始代謝脂肪。甚至你的眼睛也內建了計時器，可以告訴它們何時修復被紫外線損傷的視網膜細胞。換句話說，要了解人體及其功能，就必須了解它的「計時器」。
在加州大學聖地牙哥分校（UCSD）的整個校園裡，晝夜節律生物學中心（中心沒有自己的獨立建築）的成員正在研究這些計時功能。他們的研究發現之一是：控制我們晝夜節律的基因與新陳代謝及其調控網絡密切相關。擾亂其中任何一個環節，都會影響另一個環節。例如，如果在晚上太晚進食，此時你的新陳代謝防禦機制已經減弱，那麼你罹患肥胖症的風險就會大大增加。反過來，這些脂肪也可能侵入你的肝臟，增加你罹患發炎和癌症的風險。
我們的心理健康也面臨風險。研究人員發現，70%因基因異常等原因導致無法準時入睡的人，同時患有嚴重的憂鬱症或焦慮症等疾病。事實上，近三分之二的雙極性情感障礙患者存在睡眠週期紊亂的問題。
目前，癌症醫師已經開始利用時間生物學的研究成果來更好地制定治療方案。例如，在一天中較晚的時間進行化療可以降低患者出現噁心的幾率，因為此時胃黏膜的自我修復能力更強。
中心的大部分研究成果，從整體來看，似乎是對我們現代生活方式的批判。自從電力出現以來，我們就一直在進行一場大規模的、不受控制的實驗，擾亂著古老的生物節律。這不僅僅是因為輪班工作。我們利用人造光的方式數不勝數，讓我們忽略了大自然日復一日傳遞的微妙訊號。 “室內光線對人體有害，”戈爾登說，“它正在讓我們生病。”
人造光源讓我們整夜難以入睡或煩躁不安，同時也加劇了美國最嚴重的流行病之一——肥胖症。肥胖症影響全美超過三分之一（35.7%）的成年人。多虧戈爾登的一位明星研究員，人造光源的這項作用正逐漸受到關注。
薩奇達南達·潘達在印度頂尖的研究機構之一——索爾克生物研究所工作。儘管時間生物學的重要性日益凸顯，但許多科學家，包括其他生物學家，仍然認為它主要與時差和睡眠有關。而潘達本人則對這種二流地位的抵制尤為強烈。
十多年來，他一直在研究人類新陳代謝與生理時鐘之間的關聯。他和他的研究團隊發現，透過限制肥胖小鼠攝取高脂肪食物的時間，可以顯著改善這些肥胖小鼠的健康。即使攝取的食物量和種類與可以全天候進食的對照組小鼠相同，那些被熊貓限制在八小時進食時間的小鼠體重減輕，體內儲存的脂肪（尤其是肝臟周圍的脂肪）減少，並且體內炎症也減輕了。在另一項研究中，加州大學聖地牙哥分校的研究團隊發現，當他們讓患有癌症的肥胖小鼠接受限時飲食，而不是允許它們不受限制地暴飲暴食時，這些小鼠的腫瘤縮小了。
儘管潘達的研究成果及其對肥胖症流行的潛在影響，但他在爭取資金和認可方面卻舉步維艱。美國國立衛生研究院 (NIH) 拒絕了他所有 14 項關於限時餵食研究的資助申請。這些資助的批准由匿名同行評審決定，而潘達的許多主流同行對時間科學持懷疑態度。
「我的審稿人說，『人類的進食方式和老鼠不一樣；他們一天三餐都在12小時內吃完，所以這對人類來說毫無意義，』」熊貓回憶道，語氣中明顯帶著憤怒。 「這真讓我火冒三丈。我審查過150年的人類研究，大多數研究從未詢問或記錄過人們何時進食。他們只問你吃了什麼，很少問你何時進食。”
潘達對時間生物學的關注，以及他對時間生物學在我們生活中作用的信念，可以追溯到他在印度鄉村的經歷。例如，他和妹妹可以根據青蛙何時進入後院並開始鳴叫來判斷傍晚的時間。對於一個善於觀察的孩子來說，自然界擁有不變的節奏是顯而易見的。他對時間生物學的興趣引領他探索了全新的研究領域：2002年，他參與發現了眼後部的光感受器如何與大腦的主生物鐘進行溝通；2005年，他發現視網膜中利用環境光線強度來判斷人體何時應該入睡或醒來的部分對藍光最為敏感。
Panda 認為他唯一的出路就是證明同儕審查者對飲食模式的看法是錯誤的。他借鑒矽谷的做法，利用一款名為 Mycircadianclock 的應用程序，開源了一項人體實驗。他招募了 156 名參與者，要求他們記錄自己的飲食，包括水和藥物，只需拍照並透過應用程式上傳即可。
數據證實了他的觀點。我們通常認為自己一天吃三頓飯，但往往忽略了零食。事實上，熊貓研究中三分之一的參與者一天吃八頓飯，而且他們更傾向於全天候進食。那些早上六點以咖啡和百吉餅開啟一天的人，到了晚上十一點卻可能在社交媒體上曬出布朗尼蛋糕、薯片、披薩和葡萄酒的照片。時間越晚，他們就越有可能吃一些高脂肪食物或喝一些含酒精的飲料。熊貓推測，這是因為大腦「認為自己要熬夜，所以希望我們提前吃得過飽」。
熊貓後來將他的應用程式向公眾開放，如今志工人數已達數千人。此外，無論他走到哪裡，他都會進行非正式的飲食時間和習慣調查。他會詢問遇到的每一位計程車司機、服務生和藥局店員，他們幾點起床，什麼時候吃第一頓飯，以及一天的工作何時結束。 「你會發現這些人中有很多都身兼兩職，」熊貓說。
聖地牙哥消防救援部門在得知他的工作後，聯繫了潘達，希望他能幫忙應付消防員這項職業的高心臟病風險。消防員面臨與赫林急診室團隊類似的挑戰。他們的輪班制度是24小時工作、24小時休息，以八天為一個週期。不可預測的警報會擾亂他們的晝夜節律。他們也經常需要在各種時間補餐，而且常常會吃一些鄰居好心提供的高熱量零食。潘達希望進行一項研究，透過控制他們的進食時間來觀察這是否會影響他們患心血管疾病的幾率。
本文原刊於《大眾科學》2017 年 9 月/10 月刊「時間與空間的奧秘」特刊。
