案例
三个哥哥一直觉得他们那个有点胖、一头红发、脸上有雀斑的小弟弟莱昂有些奇怪，因为对莱昂来说，他对自制的实验的兴趣比跟哥哥在花园里踢球要多很多。莱昂的最新研究项目是，大脑是如何工作的。
这一切都开始于上周一。马利特教授，当地大学的科学家，是莱昂班里一个同学的父亲，他在莱昂的生物课上向同学们解释了大脑是如何工作的。从那以后莱昂就开始用不一样的眼睛看这个世界了。他想出各种实验，帮助他“看清”自己的大脑是怎样认识世界的。人类在思考大脑的时候就在运用大脑，这让莱昂很着迷。
他首先研究的是使大脑产生错觉的视觉图像。纸上的直线完全平行，但是如果添加另外一些线，平行线看起来一下子就不平行了——莱昂用尺子证实了这一点。马利特教授告诉他们，当一段楼梯的一个台阶高度不同时，人们很可能会绊倒——因为大脑记住了前几级台阶的高度，并默认为其他台阶也是一样的。莱昂想出一个主意想要证明这个结论，就是悄悄地在家里楼梯的一个台阶下面垫一块薄板，将台阶调高。但是他并没有把他的想法付诸现实，因为不光是他的哥哥们在这段楼梯上上来下去地跑，他的父母也要走这段楼梯。
取而代之的实验，是每当他走进一个新房间时，他总是闭上眼睛，试图用“内在的眼睛”去看房间的布置。他能记住门在哪儿，窗户、桌子和其他物件在哪儿吗？有一天他在地下游戏室里设计了一个障碍跑设施，选手必须在黑暗中进行游戏。意外的是，这一次他的哥哥们表现出了明显的兴趣，想马上参与进来，但是哥哥们在黑暗中跑步总是磕磕绊绊，每一次都是他赢，这是以前从未有过的。
周末的时候，他去拜访姑姑。第二天早晨醒来时，他完全糊涂了——你可能也经历过类似的情况。他想往窗外看，但窗户那里只有一个柜子，他转向门的方向，看到的却是一面墙，墙上挂着一幅愚蠢的花瓶装饰画。他在哪儿呢？发生了什么？这个思考的过程只有一会儿，他却感觉像永恒那么长，他想起来，他不是在自己家里，不是在自己的房间，而是在格温德林姑姑的客房里。一瞬间似乎一切又正常了。他又想到了一个大脑实验！他的大脑给了他什么误导？为什么花了这么长时间之后他才意识到他的错误？现在，已经从混淆中走出来的他又闭上了眼睛，他“内在的眼睛”看到两个房间：自己的卧室和格温德林姑姑的客房。
回到家里，莱昂变得更加雄心勃勃。他想到了另外一些事，马利特教授告诉他：我们的大脑有着很倔强的个性，在我们看、听、闻的时候，大脑不仅仅想扮演一个被动的角色，它感知世界的时候不可能不带着偏见。莱昂意识到，他周围的世界，不管用何种方式，都会在他的大脑里留下印象。大脑似乎不断地建立外部环境的内部模型——如同莱昂自己用纸制作的轮船和房屋——这样是有些道理的，因为建立模型后大脑只需要专注于正在发生或改变的事情上，因而有了更多的时间做其他的事情——例如，思考大脑是怎么运作的。
后来莱昂对大脑怎么处理空间的问题失去了兴趣，于是他又转向研究大脑怎么处理时间。他的祖父在圣诞节时送给他一块特别酷的手表，这是他的第一块手表，他天天都戴着，睡觉的时候也不摘下来。之前他总是能大概地感知时间。现在他发现自己会时不时地看手表。例如他掐算时间，知道自己在练习小提琴之前，有足够的时间完成家庭作业，但转眼他就忘了时间，必须每5分钟就重新看一次手表。他决定把手表放在写字台上，教他的大脑估计时间。令他非常自豪的是，在夜里他也能准确地判断时间，事实上他总是在2点半到3点之间醒来。后来他有意识地训练自己，提前1个小时醒来。结果令他十分震惊，尝试过几次之后，他真的做到了。他不明白的地方是，他的大脑是怎样在夜里知道现在是几点钟的，毕竟人在醒来之前是不会有任何时间感觉的，也不会知道自己已经睡了多久。他的大脑看起来不是以已经过去了多长时间来判断钟点的，大脑就是知道几点钟了。莱昂想，大脑是不是也建立了一个24小时的模型，就像大脑为空间建立的模型一样？
理论
“这是一本关于时钟的书——但不是那些可以戴在手上或者挂在墙上的时钟，而是在我们的身体里滴答作响的时钟。”——如果你属于那种会读前言的读者，那么这是你阅读本书时读到的第一个句子[1]。你可能会感到惊讶，为什么我在最后一章写了一个与空间有关的案例。但是读完这个案例，你会看到空间与时间有很多相似之处[2]。为什么我们身体的时间系统被称为“时钟”，原因很简单：时钟是测量时间的。时间生物学家研究这种现象时使用的方法，总是被“时钟”这个词所影响——我们所有的思想都受到语言的影响。然而“时钟”这个词把体内机能大大地简化了。
大脑能够把我们周围的环境录制下来——这正是莱昂非常感兴趣的一点。我们可以把大脑比作一种“指南针”。大脑的空间视觉机制帮助我们定位空间，即使没有灯光也可以做到[3]。但是空间视觉机制能做的不仅仅是定位：空间的全部结构也能储存在大脑里[4]。莱昂和他的哥哥们在记住了地下室的构造之后，在黑暗中比赛障碍跑，这种能力不仅包含了记住终点在哪里的认知（就像指南针），还包括障碍物的形态、位置和躲避方法。我们的大脑画出了一幅详细的空间图。
体内时钟画出了一幅示意图——只是这一次画出来的是时间的结构，即时空[5]。此时它呈现了时空结构中的“天”[6]。当然，生物钟经常直接用作钟表。已经过世的艾贝哈德·格文纳[7]在他那些有趣的实验里展示了迁徙的鸟把它们的生物钟用作长途旅行的导航。他把鸟儿们从笼子里放出来，跟踪它们的迁徙过程。在迁徙旅途中，他定期把鸟放到漏斗形的笼子里，笼子用纸糊住，笼子底部有印泥。1小时之后，他只需要分析鸟在纸上留下的黑色足迹就得到了鸟运动的方向。结果令人惊讶，野生鸟类从巴伐利亚向西班牙南部飞行（这条路线通向他们抚育后代的地方，位于非洲中部），而实验用的鸟，也是同一品种，它们的活动方向主要向着西南。一旦野生的同类飞过了直布罗陀海峡，实验鸟也转向了东南方向——就像它们现在也要飞向非洲中部似的[8]。方向的改变只能表明漏斗笼子打开之后，它们能够看到整片天空。因此他们可以把太阳（或者星星）当作指南针来定位方向。太阳和星星的位置不是一直不变的，因为我们的地球也在移动。为了能够准确地定位方向，我们必须确认所在地的时间。格文纳证明鸟类运用了生物钟。他把几只鸟从露天笼子中拿出来，把它们放在一间屋子待了一星期。房间里的明暗变化是人为的，与外界的时间不同。当他把鸟放回漏斗笼子之后，那几只鸟就把方向弄错了。
某些人有可以让自己在既定的时间醒过来的能力。这是我们可以将自己的生物钟当作钟表来用的一个例子。虽然“生物闹钟”这种能力只是生物钟的一个附属功能，但是这项能力就像一种程序，其对感知时间非常有用（莱昂就是利用这个程序，才能够在夜里想醒来的时候醒过来）。
生物时间系统不仅能告诉我们时间，还能展示内部时空的一天。这种时间程序建立了一个信息网，以连接分子层面的生化反应和有机体的行为活动，并以此建立体内时间结构，以便调节时间空间中的所有身体机能。它预见周围环境的定期变化，使有机体对变化做好准备——在正确的时间做正确的事情。一天之中不同的时段及这个时段的挑战（例如明暗冷暖，只有在特定时间段才能找到的食物，天敌的威胁等）与莱昂的障碍赛跑非常类似。
进化本身也是一个支持这个假说的令人信服的例子：生物钟不仅仅是时间支持器。我们在《失去的日子》这一章已经知道，进化的动力来自偶然的基因变异和各个方面的物种选择的压力。物种选择的竞争中，一个很重要的方面就是争夺资源。资源不一定是食物，足够的生存空间，繁衍的机会，还有抚养后代，都是在竞争中非常重要的内容。因此所有的生物都在不断寻找能够给它们提供更多发展潜力的新领地。占领一个新领地往往意味着基因的改变，以使自身拥有更强的适应新环境的能力。
最先到达一个新领地的生物具有后来的生物没有的优势。通常来说我们把这种领地看作一个空间结构。第一个离开海洋占领陆地的生物，需要很多必需的改变：例如鱼鳍必须变成腿，腮必须变成肺；身体必须增加重量（因为不再需要在水里游来游去了）；必须具备抵御干旱的能力，找到或者储存水的能力。
哺乳动物在地球上已经生存了2亿至2.5亿年——但与整个进化史相比是非常短的时间。第一个原始的细胞有机体产生于45亿年前，第一个有细胞核的细胞产生于15亿年前，第一种有骨骼的动物于3亿8千万年前出现在陆地上。它是爬行动物的祖先，随后爬行动物占领了整个陆地。但是陆地上越来越拥挤怎么办呢？还有一片空间留给了较大的动物，就是天空。此时在天上飞的还只有昆虫。第一个飞起来的爬行动物，我们今天称之为鸟类。除此之外，还有其他亟待占领的空间。
在陆地上生存也意味着必须适应白天和夜晚巨大的温差。每一种生物都依赖生物化学反应，生物化学反应的速度随着温度的上升而加快。这意味着，决定爬行动物行动速度的生物化学反应在白天加快，所以它们更容易捕到食物，也更容易躲避天敌。因此，爬行动物在白天很活跃不足为奇，这意味着整个生命，从基本新陈代谢到行为活动，都适应了有阳光的白天。
你也许会问，那么海洋、湖泊还剩下什么。行文至此，我已经提到了白天和夜晚活动的两种情况，那么你也许猜到了这一章节的主要内容了。有关哺乳动物进化的推测假定一个环境中的新来者不仅来自空间，而且来自时间与空间的叠加。鸟类是一种进化的产物，它们占领了天空，而哺乳动物的祖先则占领了黑夜。哺乳动物的祖先突破了“黑夜的瓶颈”。飞翔的能力是占领天空的前提，是捕食昆虫和逃避陆地爬行动物的条件。为适应温度规则而做出的自我完善——进化为恒温动物——是适应寒冷夜晚的重要进步。哺乳动物的祖先白天躲在窝里，寒冷的夜晚出来自由活动，这时，它们仍能够轻易逃脱危险的、饥饿的爬行动物捕食者。哺乳动物的体温能够保持在37℃左右，而多数爬行动物的体温完全取决于周围环境的温度——当时它们没有竞争者。要进入新的领地，对环境的感知能力是很重要的。与之类似，如果没有内在时空的感知，在空间领地与时空领地之间的转换是不可能实现的。空间领地与时空领地的转换看起来是同时进行的——他们对有机体的重要性也是一样的。改变领地的过程缓慢得令人难以置信，但是这个过程不是单向的。许多在陆地上生活的动物又回到了水中，许多鸟类忘记了飞翔。这种回到原始领地的现象也存在于时空中。我们的所有祖先一定都曾经在黑夜里活跃过（多数的“纲目活化石”仍然是这样）。后来我们与其他哺乳动物又重新占领了白天。白天活跃的鸟类熟练掌握飞行技能之后，它们之中的某几种又变成了夜晚活跃型。云雀是前者，猫头鹰是后者。正如你所看到的，整本书都在讲云雀和猫头鹰！
我们的生物钟不仅使我们在正确的时间做正确的事情，还对哺乳动物的进化做出了决定性的贡献。在这一章，你已经看到了灵活的适应性在占领空间方面具有多么大的优势。而现代社会时间类型的多样化也是一种灵活性。我们这个物种可以很骄傲地说我们占领了地球上几乎每一个地方。这种骄傲很夸张，因为我们还没有像进化过程中的某种生物那样适应任何一种环境。作为白天活跃的物种，如果我们只依靠哺乳动物的生理条件，是不能在某些环境中生存的。黑暗中，我们需要手电筒，我们在水中或者在空气稀薄的地方都需要携带氧气瓶，在冬季我们需要供暖。但我们在时空（综合考虑时间与空间）上的适应性确实是比较灵活的——想想我们这个物种里这么多样的时间类型！
如果我们意识到多数青少年开始上学的时候，是他们生物钟的“午夜”，那么我们可以考虑为他们更改上课时间，那么安妮和雅各布就能够高效率地学习了。如果我们能按照自己的内部时间睡觉（就像地下实验室里的年轻人或者芭芭拉和盖瑞那样——但是不要像斯坦中士或者蒂莫西），我们就不会在白天那么疲惫，我们的心情会变好，工作效率会提高，生病的次数也会减少。我们在制订社会作息表的时候，必须考虑到我们现在生活的社会已经不再是农业社会了。像伍尔夫那样灵活的夜晚捕食者，在搜集“蘑菇”的时候也具有优势；你也会像斯金特博士那样，选择职业的时候做出一个真正的决定；我们也会用更宽容的态度看待周围的行动快慢不同的仓鼠；像露易斯和布鲁诺那样的夫妻会更加尊重彼此的决定。
内部时间是基因决定的，就像萨拉和她的家人那样。另外，就像哈瑞特哀叹的那样——我们的生物钟并不完全符合社会信号，而只在地球（而不是其他星球）的白天与黑夜之间变换，因此从前德意志民主共和国人上班比联邦德国人早。我们必须理解，工业化意味着在封闭的建筑物里工作，缺少光照不仅对我们的生物钟，也对健康的其他方面产生了负面影响。请想一想安娜、索菲、弗莱德瑞克和约瑟夫。建筑师必须改善建筑物获取光照的可能性（在不增加二氧化碳排放量的前提下）。
在未来，飞机旅行和倒班工作可能会更多地打乱我们的生物钟，就像奥斯卡和杰瑞或者马尔科与玛利亚。因此我们必须通过相关研究提出减轻这种损害的方法。我们需要个性化的工作计划。如果我们想调整生物钟，就必须考虑周全，例如实行夏令时的时间特殊性（虽然我们的意图比埃德加的更积极）。生物钟的时间表具有重要的生物学意义，不管是单细胞海藻还是人类，生物钟都是进化的重要组成部分。另外，生物钟控制着所有的身体机能；体内时间在医学治疗方面扮演着重要角色。虽然我们那个好奇的天文学家意识到了他的发现非常重要，但是我怀疑，他还没有意识到他的发现某一天会如此重要。
注解：
[1] 我得承认，我本人不是这种读者。
[2] 这与爱因斯坦的时空连续理论不一样。
[3] 科学家曾经做过一个实验，让篮球运动员瞄准篮筐，在听到声音信号的时候就投篮。这一流程重复了多次。有一半的声音信号发出时，灯光随之熄灭；另一半声音信号发出时，灯光仍然保持不变。科学家计算了投篮命中率，发现运动员在黑暗中的命中率略高于有灯光时的命中率。
[4] 这与我们能够回忆起上学第一天类似，都属于记忆的一种形式。
[5] “时空”这个美丽的词语帮助我们区分时间的运动与时间的结构。
[6] 在《早起的人和睡懒觉的人》这一章你已经读了关于时间生物学家所研究的四种时间结构，即潮汐、天、月，以及年。
[7] “格文纳”是继约根·阿绍夫之后领导马克思·普朗克研究所安戴克斯分所的所长，可惜他去世得太早了。
[8] 我们不能推测出在野生鸟和实验鸟之间存在一种秘密的交流方式。造成这种现象更为可能的原因是，似乎两群鸟有一个内部的系统，告诉它们向一个方向飞X天后再向另一个方向飞Y天。