为什么公鸡每天都能准时打鸣?难道它会算时间?

知乎日报
02月07 00:00
李雷,中科院生物学博士,腾讯医典科普官,科研人员

单纯讨论公鸡规律性的早晨打鸣(morning crowing)的话,是和节律有关,这也是 2017 年诺奖的内容体现,但是也受到了光照影响

但是,鸡为什么打鸣,以及打鸣其他因素的影响目前还有待研究。

( 2017 年诺贝奖生理学奖授予 Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash 和 Michael W. Young,因为他们发现了昼夜节律的分子机制)

鸡可以在不同时间点打鸣,也会因为不同的因素打鸣,一般大家最熟悉的就是晨鸣了,也就是 morning crowing。

鸡为什么在早晨打鸣,过去有两种理论。

1,刺激理论。

生物是有应激性的,这是生物维持生存的基本特征之一,而光照作为自然界中非常常见的刺激因素,对鸡有影响也是很正常的,就像大家熟悉的趋光性之类的行为。

2,昼夜节律

这种理论认为导致鸡鸣叫的主要因素更多的是昼夜节律这种生物进化出来的内部调节因素。事实上,地球上的生物从出现到现在,太阳一直是其最大的外界因素之一,因此对于太阳的反应也会是基本过程,因此也形成了普遍存在的昼夜节律问题,并且以基因的形式存在。

二者到底是哪个更能解释这种现象?

于是研究人员就做了个实验,其实实验不难,这两种理论的核心在于光照刺激是否构成打鸣的关键影响

所以他们就决定研究一下,光照的影响,这对于现代科学就容易多了,他们在封闭的空间里对光照进行控制,光照 12 小时(12L),然后关灯黑暗 12 小时(12dimL)。而且这种控制还有个好处,就是排除地球自转公转的影响,毕竟每天日出时间是不一样的。

当然,短期肯定不行,他们进行了两个星期的实验,结果如下图所示。

经过规律的光照处理两星期后,可以看到,其实这公鸡也不是很守时的嘛,他们打鸣也是各个时间点都有,比如有的是在 0 打鸣,有的是在光照时候打鸣,有的时候则在黑暗时期打鸣。

不过,这些打鸣有没有个极大值呢?

答案是,有的。

公鸡主要的打鸣时间是光照开始前一些,大概是 2 个小时左右。

由于这是实验环境下,不会出现我们自然环境情况下的光照逐步变化。

因此,可以得出,打鸣的主要影响因素是节律而非光照

但是光照真的没有影响吗?

答案是否定的!

为了研究这个问题,于是研究人员决定让鸡处于全黑暗的状态,看看没有光照,这鸡会表现如何?

结果发现,真有影响。

表现为两方面。

第一方面,鸡打鸣周期改变。

研究发现,随着试验时间推移,鸡的打鸣周期从 24 小时变成了 23.8 小时,前后相差了 0.2 小时。

第二方面,鸡打鸣的周期紊乱了

虽然依然存在一个相对最大值,但是其他时间点打鸣的频率也高起来了。

由此可见,光照,其实还是会影响到鸡打鸣的问题。

那么,其他因素会影响吗?

比如,声音?就像半夜鸡叫的故事一样。

答案是的。

如上图所示,可以看到,声音刺激同样也会影响到鸡打鸣。

那么,激素会不会是影响因素呢?

研究人员决定用阉鸡进行研究,阉鸡 vs 睾酮植入,结果发现,并没有显著性差异,因此睾酮激素应该对鸡鸣叫没影响。

由此可见,对于鸡打鸣来说,因素还是比较复杂的,既有昼夜节律,也有光照,还有声音等刺激。

Shimmura, T., & Yoshimura, T. (2013). Circadian clock determines the timing of rooster crowing. Current Biology, 23(6), R231–R233.