【關(guān)鍵數(shù)據(jù)】
全球化學(xué)品生產(chǎn)和釋放，自1950年以來已增加50倍。預(yù)計到2050年，將再次比2010年增長三倍。
生態(tài)毒理學(xué)家和監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在努力解決化學(xué)污染問題，但我們對其對生態(tài)系統(tǒng)影響的理解仍然有限。
生物節(jié)律研究的起源可以追溯到20世紀(jì)60年代，早期研究表明晝夜變化影響野生動物對殺蟲劑的敏感性。
研究人員呼吁整合生物節(jié)律到化學(xué)污染研究中，因?yàn)樗鼘ι锖蜕鷳B(tài)功能的適應(yīng)性、相互影響和結(jié)果解釋的復(fù)雜性都具有重要作用。
化學(xué)污染與生物節(jié)律
化學(xué)污染問題迫在眉睫。自從1950年以來，全球化學(xué)品的生產(chǎn)和釋放已經(jīng)增加了50倍，預(yù)計到2050年將再次增長三倍，這可能會深刻地改變野生動植物的生活和生態(tài)系統(tǒng)，對生物多樣性造成極大威脅。然而，我們對化學(xué)污染對生態(tài)系統(tǒng)的影響理解仍然相當(dāng)有限。
現(xiàn)在，生態(tài)毒理學(xué)家和監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在努力尋找解決方案，但自然的內(nèi)在復(fù)雜性使我們評估化學(xué)污染風(fēng)險的能力受到挑戰(zhàn)。時間在構(gòu)建生物模型和過程方面起著至關(guān)重要的作用，尤其是野生動物如何受到和應(yīng)對環(huán)境變化。生物節(jié)律是生命的一個基本而普遍的特征，但我們對其在生態(tài)和進(jìn)化方面的基礎(chǔ)及其后果的理解仍然相當(dāng)有限。
生物節(jié)律是指重復(fù)出現(xiàn)的分子、生理和行為過程，這些過程發(fā)生在對周期性環(huán)境變化的期望或響應(yīng)中。這些生物節(jié)律在自然界中極為多樣，可以以微秒到小時（超晝夜節(jié)律）、天（晝夜節(jié)律）或甚至周、月或年（長周期節(jié)律）的頻率重復(fù)。它們存在于生命的各個層次，并且涉及包括潮汐動態(tài)、植物葉片運(yùn)動、睡眠-覺醒周期、動物在海洋和湖泊中的晝夜垂直遷移、月經(jīng)周期、鳥類年度遷徙和季節(jié)性冬眠等過程。生物節(jié)律可以由環(huán)境信號或內(nèi)部生物鐘調(diào)節(jié)，其中最著名的是大約在24小時周期內(nèi)運(yùn)行的生物鐘，即晝夜節(jié)律。生物節(jié)律在生命的各個方面起著協(xié)調(diào)重要生物過程的作用。
上圖：生物節(jié)律將生物學(xué)與周期性的無生物環(huán)境變化同步。(A) 環(huán)境周期，如季節(jié)變化、月相周期、晝夜變化和潮汐活動，以周期性變化的方式表現(xiàn)出光照、溫度、鹽度和氧氣供應(yīng)等方面的變化。(B) 生物節(jié)律管理生物圈。它們貫穿整個生命之樹，跨足生物組織的各個層次。圖片來源：Eli S. J. ThoréAnne E. Aulsebrook等人
盡管生物鐘研究最初起源于20世紀(jì)中葉的生態(tài)和進(jìn)化生物學(xué)領(lǐng)域，但很快便將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向了生物鐘的機(jī)制，尤其是晝夜節(jié)律。然而，由于生物鐘學(xué)和生態(tài)學(xué)分道揚(yáng)鑣的發(fā)展，導(dǎo)致我們在生態(tài)和進(jìn)化生物學(xué)、全球變化和化學(xué)污染研究中對生物節(jié)律的作用缺乏充分的整合。
在上個世紀(jì)六十年代，科學(xué)家們開始深入研究生物節(jié)律和化學(xué)毒性的關(guān)系。他們發(fā)現(xiàn)，生物節(jié)律實(shí)際上會影響殺蟲劑的效果，就像成蟲棉鈴蟲和兩斑蜘蛛螨在一天內(nèi)對殺蟲劑的敏感性有晝夜變化一樣。這些研究讓人們認(rèn)識到，在生態(tài)毒理學(xué)中考慮“生物節(jié)律”是相當(dāng)重要的。不過，有關(guān)這方面的研究相對較為有限，而對超過一天的、或者更長周期的生物節(jié)律的研究則更是罕見。這確實(shí)是一個引起擔(dān)憂的問題，因?yàn)槿绻覀儾话焉锕?jié)律考慮進(jìn)化學(xué)污染的研究中，就會嚴(yán)重限制我們對這種全球變化對生態(tài)和進(jìn)化產(chǎn)生的影響以及可能的后果的理解。
上圖：污染如何與生物節(jié)律相互作用的例子。盡管迄今為止接受的研究相對較少，但少數(shù)已經(jīng)測試化學(xué)污染暴露與生物節(jié)律潛在相互作用的研究表明，這些因素可以在不同的時空尺度和多樣的生物系統(tǒng)中相互作用（A-C）。雖然我們的重點(diǎn)是化學(xué)污染研究，但顯然生物節(jié)律與所有形式的環(huán)境變化都相關(guān)（例如，光污染，D）。圖片來源：Eli S. J. ThoréAnne E. Aulsebrook等人
這項(xiàng)研究最后得出結(jié)論說，將生物節(jié)律整合到化學(xué)污染研究中的必要性有三個相互關(guān)聯(lián)的原因：一是生物節(jié)律具有適應(yīng)性，不同步的生物節(jié)律可能導(dǎo)致生物和生態(tài)功能的紊亂；二是化學(xué)物質(zhì)可以影響生物節(jié)律，而這些生物節(jié)律反過來也能影響化學(xué)物質(zhì)的影響；另外，生物節(jié)律引入了使結(jié)果解釋復(fù)雜化的變異。該研究呼吁要認(rèn)識到生物節(jié)律的重要性，以更全面地了解化學(xué)污染對野生動植物和生態(tài)系統(tǒng)的影響，從而更好地預(yù)測和緩解其帶來的復(fù)雜生態(tài)影響。
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