若沒有日夜變化，生物時鐘還可以運作嗎？—《大腦簡史》

在我們生存的地球上，光線可以說是最重要的一種自然環境資訊。地球的自轉以及其繞著太陽公轉，形成了日夜與四季的規律變化。而生活在地球上的所有生物，也都因此面臨著一個迫切的挑戰：能不能把握光線的規律變化以為自己所用。

如果可以順利掌握光線的規律變化，那麼生物就可以適時的做出相對應的周期性生理變化。例如喜歡依靠視覺在白天獵食的生物，就可以在晚上進入休息狀態，然後在白天太陽出來後再全力獵食。相反的，如果無法成功掌握光線的規律變化，可能就會導致事倍功半而慘遭淘汰。也因此，在演化早期，感光能力除了可以用來驅動肌肉收縮以逃避危險，另一個重要的功能，就是根據日夜變化來調節生理機能。這就是所謂的「生物時鐘」。

環境光線的變化促使我們做出不同的生理反應。圖／Day & Night

還記得上一章最後提到的文昌魚嗎？文昌魚是一種簡單原始的脊索動物，其結構可能和最早期的脊索動物十分類似。在牠身上，其實就已經可以看到眼睛以及生物時鐘的原型。在文昌魚的前腦中，可以發現兩個感光器。從相對位置上來看，其中一個是松果眼（pineal eye），另一個則是前眼點，也就是一般脊椎動物雙眼的前身。透過這兩個感光器，早期的脊索動物就可以有效的利用光線，並發展出生物時鐘。

最開始的生物時鐘，隨時處於「上線」的狀態。也就是說，生物時鐘的作息完全和當下的光線狀態同步。對於日行性生物來說，光線明亮時，生理機能就處於活躍狀態，沒有光線時，就進入休息狀態。換言之，透過與外在光線同步的生物時鐘來調節生理機能，可以讓生物的生理表現更有效率。

但是隨時處於「上線」狀態，似乎不夠靈活。畢竟如果你的電腦一定要有網路才能作業，那離線時，就會變成鐵磚頭一塊。因此生物時鐘就演變成不必依賴光線也可以「離線作業」：即使一段時間都生活在黑暗之中，生物時鐘也可以在「離線」的狀態下展現出晝夜節律。這種可以進行「離線作業」的生物時鐘較為靈活，雖然有可能會「失準」，但是失準只是小問題，只要偶爾透過日光「校準」一下就可以恢復準確了！

的確有不少實驗都發現，許多生物的生物時鐘其實已經「內化」成可以離線作業的系統。例如，即使把實驗室中的生物長時間飼養在沒有日夜光照變化的環境中，牠們的生物時鐘現象也不會完全消失。內化的生理時鐘有一個好處，就是即使當下缺乏任何環境的訊息，也可以幫助生物對即將出現的日照改變提前做出反應，讓生物的適應能力大大的提升。

生物時鐘位於大腦何處？

在脊椎動物身上， 光線會透過眼睛的視網膜， 把資訊傳入位於下視丘（hypothalamus）的視交叉上核（suprachiasmatic nucleus）。視交叉上核可以說是生理時鐘的調節核心之一，它會利用眼睛傳入的光線來校正生理時鐘，即使一段時間都生活在沒有光線的地方，視交叉上核裡的神經元也仍然會展現出日夜的規律變化。視交叉上核會再連結到位於上視丘中的松果體（pineal gland），並在此調節褪黑激素的濃度，進而影響睡眠周期的變化。

松果體還有一個特點，就是在演化早期，它似乎可以直接對光線做出反應。這個「松果眼」不但出現在文昌魚身上，也可以在一些現存的爬蟲類身上觀察到。例如在某些蛙類和蜥蜴的身上，松果體竟然會直接延伸到頭頂、開出第三隻眼。生物學上稱之為「第三眼」或「頂眼」（parietal eye）。

側邊斑點蜥蜴（Side-blotched Lizard ）的頂眼。圖／Stonebird@Flickr

這隻眼有水晶體、視網膜，與一般的眼睛十分類似，也具備可以感光的功能。透過「頂眼」，這些生物可以利用光線來調控生理時鐘、荷爾蒙以及進行體熱調節。

最近的研究也發現，棱皮海龜之所以能夠精準的依照四季變化來遷徙，可能就是因為牠們頭頂有一小部分的皮膚沒有色素、且頭殼較薄，這樣的生理構造，可能有助於讓光線直接照入松果體來幫助牠們偵測出四季變化。

笛卡兒的松果體與奇特的第三眼

至於人腦中的松果體，則是一個綠豆般大小的結構，大概位於腦部正中央，長得像松果，故得此名。

紅點位置即松果體所在。圖／wiki

說到松果體，就不得不提一下法國的哲學家笛卡兒，也就是說過「我思故我在」的那位知名哲學家。笛卡兒是一位「二元論」者，他認為心與腦在本質上是完全不同的，腦是物質的、心是非物質的，也就是說，心靈是一種類似靈魂的東西。而這兩種本質上截然不同的事物，是怎麼產生互動的呢？

笛卡兒認為，如果我們觀察大腦的結構，其中大部分的結構都是左右對稱的成對結構，例如兩個眼睛、兩個半腦、兩個杏仁核等等，而大腦中唯一一個不成對的結構，就是「松果體」，因此，心與腦應該就是透過松果體在互動。

換言之，笛卡兒認為大腦可以透過松果體和非物質的心靈互動交流，或者反過來說，心靈可以透過松果體操控大腦。有些神祕主義人士主張，人類的松果體在演化早期，也可以接收光線或其他能量來調節生理機制，雖然現代人類的松果體沒有在頭頂開出第三眼，但是人類的松果體仍然可以接收能量。

不過為什麼一般人都不覺得自己有接收到任何能量呢？神祕主義人士認為，那是因為現代人的松果體都鈣化了。的確，成人的松果體一般都會鈣化（原因不明，有人認為是現代人的飲食和飲水所致）。宗教和神祕主義人士常會說，只要透過某些方式來去除松果體的鈣化，松果體就可以發揮功能以接受各種可能的能量。只不過，此說法目前尚未被科學驗證。

本文摘自《大腦簡史：生物經過四十億年的演化，大腦是否已經超脫自私基因的掌控？》，貓頭鷹出版。