降低磨浆能耗、减少环境污染 生物酶或洗刷造纸业“原罪”
编者按 为实现我国“双碳”目标，需大力促进纺织、造纸、制药等重点行业的节能减排，而生物技术的应用，无疑会加快这些行业绿色转型的脚步。为此，本报推出“绿色生物制造”系列报道，聚焦生物技术如何助力传统产业走出高能耗、高污染之困。
如果将现在的纸张与过去进行对比，不难发现这些年来纸质变得越来越好，也越来越白。
然而，光鲜亮丽的纸张背后，却隐藏着造纸工业难以摆脱的高污染、高能耗的“原罪”。
与此同时，我国人多树少，木质原料纸浆极度短缺，造纸原料长期依靠进口原生纸浆和废纸。根据生态环境部和其他部委联合发布的公告要求，我国已于2020年底基本实现固体废物零进口，依靠进口废纸造纸已行不通。
近年来，在环保和成本的双重压力之下，秸秆等非木质原料，以生物酶辅助处理的高得率机械浆正在使造纸行业的原料结构发生微妙变化，为该产业尤其是包装纸产业带来一场变革。
纸张背后的行业之痛
造纸术是中国四大发明之一，中国造纸行业常年产销量均位居全球首位，约占全球总量的四分之一。
近年来，随着互联网技术的发展，电子阅读大行其道。但在短时间内，纸张在许多领域依然不可替代，比如教材、广告印刷、生活用纸等。
不论什么类型的纸张，都要从一根木质纤维做起。“造纸原料主要是用植物材料中的木质纤维。”南京林业大学教授戴红旗介绍说，为了获得木质纤维，需要先将植物原料削片或切短；经碱水高温蒸煮或机械研磨，分离出纤维得到纸浆；纸浆经机械磨浆，并以一定浓度在造纸机上脱水形成湿纸页，再通过压榨进一步脱水，烘干成纸。
人类为了获取制造纸浆的木质纤维，必须投入大量的水、电、碱等要素，同时会产生大量黑、臭、毒的废水，以至于许多造纸企业屡屡登上环保黑榜。
我国虽然地大物博，但森林资源十分匮乏，人均森林面积只有世界人均水平的1/7，为了减少国内木材资源消耗、减轻废水排放带来的环保压力，近年来我国大量进口国外木浆和废纸，以满足我国国民经济发展的需要。
“进口木浆可以直接用于造纸，生产白卡纸、生活用纸、特种纸等；而进口废纸主要用于生产纸板、包装纸和新闻纸等，比如电商快递行业大量使用的包装盒、瓦楞纸、牛皮纸等。”戴红旗说。
目前，我国造纸用浆进口比例高达40%。为了缓解造纸纤维原料不足，降低生产成本，造纸企业开始转向合理应用性价比高的非木质原料。
“制浆的原料分为木质和非木质两大类，除了林木以外，秸秆、竹子、芦苇、芒秆、棉秆都属于非木质原材料。”戴红旗告诉科技日报记者，过去受技术和工艺限制，非木质原料生产化学浆黑液提取率和碱回收率低，纸浆使用元素氯漂白，产生的废水不仅难处理，而且可吸附有机卤化物（AOX）含量极高，给生态环境造成巨大破坏，对人体健康也有威胁。
随着我国经济快速发展，生态环境保护及污染控制力度增强，1990年以后，几乎所有的非木材纤维制浆造纸企业都被关停。到目前为止，仅有四川等少数地区竹浆造纸企业还在运行。
非木质纤维制浆迎来新机遇
尽管非木质原料制浆生产已完全禁止，但非木质纤维利用技术的研究没有因此而止步。近年来，生物质精炼技术、高得率化学机械浆技术等成为热点，并受到业界的重视，让非木质浆重回造纸行业舞台。
“生物精炼可以将非木质纤维原料的各种组分分别资源化利用，特别是对半纤维素、木质素的高值化利用。”戴红旗告诉记者。
木质素大约占到非木质纤维原料组成的20%—40%，传统制浆就是脱除木质素，获得用作造纸原料的纸浆纤维。木质素是苯丙烷单元通过醚键、碳—碳键连接的具有三维网状结构的高分子聚合物，视植物纤维原料类型，木质素基本构成的芳香族单体有得失电子功能，能吸收紫外线，也是有应用潜力的储能材料。
过去，木质素的价值一直没有被很好开发与利用，制浆厂传统做法是把它通过燃烧回收热能利用。戴红旗介绍说，近年来，基于木质素酚羟基芳香族单体特殊功能，科研人员将木质素替代苯酚作为绿色胶黏剂、储能电解质/储能电极材料、抗紫外膜材料等。
另一个目前被看好的技术方向，是高得率化学机械浆技术。该技术不仅可以缓解我国造纸纤维原料短缺的瓶颈，而且具有在废水处理方面难度小、成本低等优点。
“这项技术抛弃了过去提取纤维素剩下半纤维素、木质素的思路，而是将木质纤维组分全利用，共同作为纸浆用于造纸。”戴红旗介绍说，高得率化学机械浆以机械方法为主，辅以少量生物酶、化学添加剂，这样一来，使制浆废水处理的工艺大大简化、成本降低，不仅可以大量替代进口商品木浆和废纸原料，而且将消除农作物秸秆焚烧所产生的巨大空气污染问题。
戴红旗透露，造纸行业已经实施了许多科研项目，并在个别企业进行试点，用麦草生物制浆做生活用纸、包装纸等。
生物酶或将促进造纸业绿色转型
实际上，在成本和环境的双重压力下，造纸业亦渴求能从污染大户转型为节能减排典范。
在使高污染、高耗能的造纸业“改邪归正”方面，生物酶制剂正在发挥着越来越大的作用。
戴红旗表示，生物酶具有专一、高效的特点。目前，生物酶应用在造纸行业的技术研究主要集中在磨浆、脱墨、漂白以及去除造纸过程胶黏物等方面。
比如，可以利用生物酶对浆料纤维的细胞壁进行改性处理，使纤维加速润涨、松软，促进磨浆的作用效果，降低磨浆能耗、提高成纸强度等。研究表明，生物酶可使磨得每吨纸浆的能耗降低41.4%。
此外，造纸工业大量回收利用废纸时，需要对其进行脱墨处理。
传统的脱墨方法是使用化学品，在适当的温度及机械作用下，将油墨粒子从纤维上分离下来，然后采用浮选、洗涤或两者相结合的方法将剥离下来的油墨粒子从纸浆中去除。生物酶法脱墨则是利用酶处理废纸，并辅助以浮选或洗涤，以及两者并用的工艺，从而除去油墨。
漂白也是造纸过程中的重要步骤。利用酶制剂，可起到“生物助漂”的效果，减少含氯漂白化学品用量，从而减少漂白废水中可吸附有机卤化物的排放量，降低环境污染。
然而，生物酶在造纸工业中的应用也并非一帆风顺。
戴红旗表示，关于生物酶技术的研发已经取得了一些成果，但是应用仍存在瓶颈。到目前为止，全世界还没有真正意义上的生物制浆厂。原因是，生物酶应用于复杂且大规模的制浆生产还存在一系列技术难题。
“此外，生物酶对原料进行预处理所消耗的时间较长，而厂家需要效率保证连续生产，所以更倾向于采用效率更高的物理或者化学预处理方式。”戴红旗说，某些酶制剂本身也存在成本较高、种类有限、受温度和酸碱性环境影响较大、效果不明显等问题。因此，现阶段生物酶技术的应用还是辅助性的，起不到主导作用。
同时，他对生物酶在造纸行业的应用前景表示乐观：“总体而言，生物酶专一性较强、效率较高，尤其对高污染、高能耗的造纸工业而言，环保效果明显，和化学品相比具有独特优势。随着技术进步，未来必将在造纸产业中占据主导地位。”
来源：科技日报
编者按 为实现我国“双碳”目标，需大力促进纺织、造纸、制药等重点行业的节能减排，而生物技术的应用，无疑会加快这些行业绿色转型的脚步。为此，本报推出“绿色生物制造”系列报道，聚焦生物技术如何助力传统产业走出高能耗、高污染之困。
如果将现在的纸张与过去进行对比，不难发现这些年来纸质变得越来越好，也越来越白。
然而，光鲜亮丽的纸张背后，却隐藏着造纸工业难以摆脱的高污染、高能耗的“原罪”。
与此同时，我国人多树少，木质原料纸浆极度短缺，造纸原料长期依靠进口原生纸浆和废纸。根据生态环境部和其他部委联合发布的公告要求，我国已于2020年底基本实现固体废物零进口，依靠进口废纸造纸已行不通。
近年来，在环保和成本的双重压力之下，秸秆等非木质原料，以生物酶辅助处理的高得率机械浆正在使造纸行业的原料结构发生微妙变化，为该产业尤其是包装纸产业带来一场变革。
纸张背后的行业之痛
造纸术是中国四大发明之一，中国造纸行业常年产销量均位居全球首位，约占全球总量的四分之一。
近年来，随着互联网技术的发展，电子阅读大行其道。但在短时间内，纸张在许多领域依然不可替代，比如教材、广告印刷、生活用纸等。
不论什么类型的纸张，都要从一根木质纤维做起。“造纸原料主要是用植物材料中的木质纤维。”南京林业大学教授戴红旗介绍说，为了获得木质纤维，需要先将植物原料削片或切短；经碱水高温蒸煮或机械研磨，分离出纤维得到纸浆；纸浆经机械磨浆，并以一定浓度在造纸机上脱水形成湿纸页，再通过压榨进一步脱水，烘干成纸。
人类为了获取制造纸浆的木质纤维，必须投入大量的水、电、碱等要素，同时会产生大量黑、臭、毒的废水，以至于许多造纸企业屡屡登上环保黑榜。
我国虽然地大物博，但森林资源十分匮乏，人均森林面积只有世界人均水平的1/7，为了减少国内木材资源消耗、减轻废水排放带来的环保压力，近年来我国大量进口国外木浆和废纸，以满足我国国民经济发展的需要。
“进口木浆可以直接用于造纸，生产白卡纸、生活用纸、特种纸等；而进口废纸主要用于生产纸板、包装纸和新闻纸等，比如电商快递行业大量使用的包装盒、瓦楞纸、牛皮纸等。”戴红旗说。
目前，我国造纸用浆进口比例高达40%。为了缓解造纸纤维原料不足，降低生产成本，造纸企业开始转向合理应用性价比高的非木质原料。
“制浆的原料分为木质和非木质两大类，除了林木以外，秸秆、竹子、芦苇、芒秆、棉秆都属于非木质原材料。”戴红旗告诉科技日报记者，过去受技术和工艺限制，非木质原料生产化学浆黑液提取率和碱回收率低，纸浆使用元素氯漂白，产生的废水不仅难处理，而且可吸附有机卤化物（AOX）含量极高，给生态环境造成巨大破坏，对人体健康也有威胁。
随着我国经济快速发展，生态环境保护及污染控制力度增强，1990年以后，几乎所有的非木材纤维制浆造纸企业都被关停。到目前为止，仅有四川等少数地区竹浆造纸企业还在运行。
非木质纤维制浆迎来新机遇
尽管非木质原料制浆生产已完全禁止，但非木质纤维利用技术的研究没有因此而止步。近年来，生物质精炼技术、高得率化学机械浆技术等成为热点，并受到业界的重视，让非木质浆重回造纸行业舞台。
“生物精炼可以将非木质纤维原料的各种组分分别资源化利用，特别是对半纤维素、木质素的高值化利用。”戴红旗告诉记者。
木质素大约占到非木质纤维原料组成的20%—40%，传统制浆就是脱除木质素，获得用作造纸原料的纸浆纤维。木质素是苯丙烷单元通过醚键、碳—碳键连接的具有三维网状结构的高分子聚合物，视植物纤维原料类型，木质素基本构成的芳香族单体有得失电子功能，能吸收紫外线，也是有应用潜力的储能材料。
过去，木质素的价值一直没有被很好开发与利用，制浆厂传统做法是把它通过燃烧回收热能利用。戴红旗介绍说，近年来，基于木质素酚羟基芳香族单体特殊功能，科研人员将木质素替代苯酚作为绿色胶黏剂、储能电解质/储能电极材料、抗紫外膜材料等。
另一个目前被看好的技术方向，是高得率化学机械浆技术。该技术不仅可以缓解我国造纸纤维原料短缺的瓶颈，而且具有在废水处理方面难度小、成本低等优点。
“这项技术抛弃了过去提取纤维素剩下半纤维素、木质素的思路，而是将木质纤维组分全利用，共同作为纸浆用于造纸。”戴红旗介绍说，高得率化学机械浆以机械方法为主，辅以少量生物酶、化学添加剂，这样一来，使制浆废水处理的工艺大大简化、成本降低，不仅可以大量替代进口商品木浆和废纸原料，而且将消除农作物秸秆焚烧所产生的巨大空气污染问题。
戴红旗透露，造纸行业已经实施了许多科研项目，并在个别企业进行试点，用麦草生物制浆做生活用纸、包装纸等。
生物酶或将促进造纸业绿色转型
实际上，在成本和环境的双重压力下，造纸业亦渴求能从污染大户转型为节能减排典范。
在使高污染、高耗能的造纸业“改邪归正”方面，生物酶制剂正在发挥着越来越大的作用。
戴红旗表示，生物酶具有专一、高效的特点。目前，生物酶应用在造纸行业的技术研究主要集中在磨浆、脱墨、漂白以及去除造纸过程胶黏物等方面。
比如，可以利用生物酶对浆料纤维的细胞壁进行改性处理，使纤维加速润涨、松软，促进磨浆的作用效果，降低磨浆能耗、提高成纸强度等。研究表明，生物酶可使磨得每吨纸浆的能耗降低41.4%。
此外，造纸工业大量回收利用废纸时，需要对其进行脱墨处理。
传统的脱墨方法是使用化学品，在适当的温度及机械作用下，将油墨粒子从纤维上分离下来，然后采用浮选、洗涤或两者相结合的方法将剥离下来的油墨粒子从纸浆中去除。生物酶法脱墨则是利用酶处理废纸，并辅助以浮选或洗涤，以及两者并用的工艺，从而除去油墨。
漂白也是造纸过程中的重要步骤。利用酶制剂，可起到“生物助漂”的效果，减少含氯漂白化学品用量，从而减少漂白废水中可吸附有机卤化物的排放量，降低环境污染。
然而，生物酶在造纸工业中的应用也并非一帆风顺。
戴红旗表示，关于生物酶技术的研发已经取得了一些成果，但是应用仍存在瓶颈。到目前为止，全世界还没有真正意义上的生物制浆厂。原因是，生物酶应用于复杂且大规模的制浆生产还存在一系列技术难题。
“此外，生物酶对原料进行预处理所消耗的时间较长，而厂家需要效率保证连续生产，所以更倾向于采用效率更高的物理或者化学预处理方式。”戴红旗说，某些酶制剂本身也存在成本较高、种类有限、受温度和酸碱性环境影响较大、效果不明显等问题。因此，现阶段生物酶技术的应用还是辅助性的，起不到主导作用。
同时，他对生物酶在造纸行业的应用前景表示乐观：“总体而言，生物酶专一性较强、效率较高，尤其对高污染、高能耗的造纸工业而言，环保效果明显，和化学品相比具有独特优势。随着技术进步，未来必将在造纸产业中占据主导地位。”
来源：科技日报
【#我国抑郁症就诊率不到20%# 】你为什么抑郁？可能因为睡得太太太晚了！你每天几点入睡？
——早睡一小时，抑郁风险下降23%。
今年，JAMA Psychiatry和Nature旗下的Molecular Psychiatry不约而同发文，通过多达几十万人的大样本研究，探讨晚睡与精神健康尤其是抑郁障碍之间的关系。
（见图1：MolecularPsychiatry发表的关于晚睡与精神健康的论文）
[星星] 你的睡觉时间不一定符合身体需求
在百万年的进化中，人类的生物钟为了适应自然的昼夜节律，会在一个相应的时间段内（比如24小时左右）震荡。而我们的身体代谢——包括神经内分泌——会根据这个生物钟来运作，比如在某个时间段分泌某种激素或释放某种化学因子，来帮助或者促使我们完成神经活动以及其他代谢活动。
在这个层面，目前研究发现，人类当中有两种类型的生物钟，一种是早睡早起“百灵鸟”型，一种是晚睡晚起“夜猫子”型。前者的生物节律更加接近自然节律，与正常日照循环的相位差不太大。而后者的生物节律相位较长，导致与自然节律出现了相位差，因而容易产生一些问题。
当然，“夜猫子”型的节律并不是夸张到了昼伏夜出或者半夜两三点还在蹦跶，现有研究发现，一般情况下，晚睡型和早睡型之间的相位差大约是2小时。【所以如果长期半夜两三点没有睡觉，并不是因为昼夜节律是夜猫子型，可能是出现了严重的生物节律异常，需要治疗】。
除了生物节律之外，在大规模电气化的当代社会，还存在着社会节律——普遍存在的夜间光照让原本的自然光照时间大幅度延长，过去日出而作日落而息的节律被打乱。这种状态使得生物节律和社会节律之间出现了时间差，这样的时差导致了相当多的睡眠问题——尤其对晚睡型节律者。
[星星] 早睡型节律的人精神健康更好
JAMA Psychiatry和Nature旗下的Molecular Psychiatry发布的两篇研究得出了同一个结论——早睡型生物节律的人，精神健康情况更好，后者的研究提示，这一类人群比晚睡型健康程度高29%。
在JAMA Psychiatry的研究中，研究者通过两家大型基因库的84万例样本数据进行统计分析，发现拥有早睡型基因的人，其发生抑郁障碍的风险较平均水平下降23%，统计数据显示，这部分人睡眠时间中位点每提早1小时（该研究全人群睡眠中位时间点为3点，平均睡眠时间段为夜间11点到次日早晨6点），风险因素可下降为原先的0.77（95%置信区间：0.63-0.94）。研究者将研究范本缩小为获得抑郁障碍（Major Depression Disorder，MDD）临床诊断的患者之后，这一趋势依然奏效。
这篇文章的研究结论认为，拥有早睡型基因的人，发生MDD的风险更低一些。
在Molecular Psychiatry的研究中，这个结论得到了进一步的细化。这份研究中，研究者调研了449660基因数据库样本，其中62.6%为早睡型。在这份调研种，早睡型人群的特征显示为性别女、较低的BMI、吸烟者较少。
研究者统计发现，早睡型人群与晚睡型人群相比，抑郁症状出现的风险为0.79（95%置信区间：0.77-0.81），抑郁障碍风险为0.84（95%置信区间为0.82-0.88），Composite International Diagnostic Interview (CIDI)和Patient Health Questionnaire(PHQ) 9诊断标准下的抑郁障碍严重性出现下降，焦虑障碍（Generalised Anxiety Disorder，GAD）发生风险为0.83（95%置信区间：0.79-0.87），焦虑障碍严重性也同样下降。
也就是说，早睡型的人群，抑郁、焦虑的风险较晚睡型更低，发生疾病后其病情严重性也更低。
另有研究发现，晚睡型人群发生精神分裂症和ADHD的风险更高。
[星星] 为什么晚睡型的人精神健康风险高
晚睡型生物节律者，本身其节律相位就比自然节律更长，也就是如果要适应其自身的生物节律，那么他的作息会和自然光照节律产生一定量的错位。而同时自然光照节律又影响人类的代谢调节。
（见图2）
也就是说，晚睡型节律者其生物节律和自然节律之间本身存在着矛盾，而不像早睡型节律者，生物节律基本与自然节律吻合。在这种错位之下，晚睡型节律者的精神健康风险因素本就已经升高。
【目前的社会节律总体要求早起，这一节律更适应早睡型节律者的需要，使得晚睡型节律者被迫早起，形成一种强制的时间差，甚至出现严重的睡眠不足，形成睡眠债务，导致发生睡眠障碍以及种种情绪障碍甚至精神病性疾病。】如果晚睡型节律者尝试在周末补眠，偿还睡眠债务，则会在之后的工作日进一步导致节律紊乱。研究人员发现，周末补眠的晚睡型人员可与工作日形成3小时的时差，且睡眠时间远高于工作日。
（见图3：社会节律和生物节律在晚睡者当中形成的时差可达到3小时）
比较幸运的是，总人群当中，早睡型人群数量偏多，且随着年龄的改变，人类的生物节律会发生改变，一些青春期或青年期为晚睡型的个体，在年龄增长之后，生物节律会逐渐转向早睡型。有研究表明，晚睡型人群当中，男性占比更高，因此总人群统计显示，男性睡眠类型通常比女性晚，但是到40-50岁以后，这个差异会消失。
但是，对于早睡型人员来说，如果被迫晚睡，同样也会发生精神健康受损的风险。
目前，临床上已经观察到，睡眠和生物钟中断或紊乱，将会导致认知功能下降，人的警觉性、注意力、记忆力、反应能力和决策等高级执行功能会受损。昼夜节律受损，将会影响神经代谢，导致参与情绪调节的神经递质系统的节律活动发生改变，从而引发情绪障碍。【而由于部分精神疾病，比如抑郁障碍、焦虑障碍、精神分裂症等本身与失眠高度相关，反过来又将进一步破坏昼夜节律和睡眠节律，使得神经内分泌进一步受到影响，发生恶性循环，加重疾病。】
中国睡眠研究会2016年公布的睡眠调查结果显示，中国成年人失眠发生率高达38.2%，超过3亿中国人有睡眠障碍，且这个数据仍在逐年攀升中。2019年发表于Lancet Psychiatry的研究显示，中国人当中精神病的终生患病率为16.6% (95%置信区间：13.0–20.2），尽管相对较低，但在庞大的人口基数面前，患者数量巨大，达到了2亿3千多万。其中焦虑障碍终生患病率7.6%（95%置信区间：6.3–8.8），抑郁障碍终生患病率6.8%（95%置信区间：5.8-7.8），都在1亿左右。
精神健康与环境和人类行为有较大关系，社会节律要如何更适应人群的生物节律，来保障大多数人的健康，甚至是超越了医学范畴的庞大课题。
参考文献
[1] Jacques Taillarda,, Patricia Sagaspea, PierrePhilipa, St´ephanie Bioulac. Sleep timing, chronotype and social jetlag: Impacton cognitive abilities and psychiatric disorders.
[2]Daghlas I, Lane JM, Saxena R, Vetter C.Genetically Proxied Diurnal Preference, Sleep Timing, and Risk of MajorDepressive Disorder. JAMA Psychiatry. Published online May 26,2021.doi:10.1001/jamapsychiatry.2021.0959
[3]JessicaO’Loughlin,FrancescoCasanova,SamuelE.Jones,SaskiaP.Hagenaars,RobinN.Beaumont,RachelM.Freathy,EdwardR.Watkins,UsingMendelianRandomisation methods to understand whethe rdiurnal preference iscausally related to mental health
[5]Yueqin Huang, Yu Wang, Hong Wang, ZhaoruiLiu, Xin Yu, Jie Yan, Yaqin Yu, Changgui Kou, Xiufeng Xu, Jin Lu, ZhizhongWang, Shulan He, Xiangdong Du, Yue Wu. Prevalence of mental disorders in China:a cross-sectional epidemiological study. Lancet Psychiatry 2019;6: 211–24
——早睡一小时，抑郁风险下降23%。
今年，JAMA Psychiatry和Nature旗下的Molecular Psychiatry不约而同发文，通过多达几十万人的大样本研究，探讨晚睡与精神健康尤其是抑郁障碍之间的关系。
（见图1：MolecularPsychiatry发表的关于晚睡与精神健康的论文）
[星星] 你的睡觉时间不一定符合身体需求
在百万年的进化中，人类的生物钟为了适应自然的昼夜节律，会在一个相应的时间段内（比如24小时左右）震荡。而我们的身体代谢——包括神经内分泌——会根据这个生物钟来运作，比如在某个时间段分泌某种激素或释放某种化学因子，来帮助或者促使我们完成神经活动以及其他代谢活动。
在这个层面，目前研究发现，人类当中有两种类型的生物钟，一种是早睡早起“百灵鸟”型，一种是晚睡晚起“夜猫子”型。前者的生物节律更加接近自然节律，与正常日照循环的相位差不太大。而后者的生物节律相位较长，导致与自然节律出现了相位差，因而容易产生一些问题。
当然，“夜猫子”型的节律并不是夸张到了昼伏夜出或者半夜两三点还在蹦跶，现有研究发现，一般情况下，晚睡型和早睡型之间的相位差大约是2小时。【所以如果长期半夜两三点没有睡觉，并不是因为昼夜节律是夜猫子型，可能是出现了严重的生物节律异常，需要治疗】。
除了生物节律之外，在大规模电气化的当代社会，还存在着社会节律——普遍存在的夜间光照让原本的自然光照时间大幅度延长，过去日出而作日落而息的节律被打乱。这种状态使得生物节律和社会节律之间出现了时间差，这样的时差导致了相当多的睡眠问题——尤其对晚睡型节律者。
[星星] 早睡型节律的人精神健康更好
JAMA Psychiatry和Nature旗下的Molecular Psychiatry发布的两篇研究得出了同一个结论——早睡型生物节律的人，精神健康情况更好，后者的研究提示，这一类人群比晚睡型健康程度高29%。
在JAMA Psychiatry的研究中，研究者通过两家大型基因库的84万例样本数据进行统计分析，发现拥有早睡型基因的人，其发生抑郁障碍的风险较平均水平下降23%，统计数据显示，这部分人睡眠时间中位点每提早1小时（该研究全人群睡眠中位时间点为3点，平均睡眠时间段为夜间11点到次日早晨6点），风险因素可下降为原先的0.77（95%置信区间：0.63-0.94）。研究者将研究范本缩小为获得抑郁障碍（Major Depression Disorder，MDD）临床诊断的患者之后，这一趋势依然奏效。
这篇文章的研究结论认为，拥有早睡型基因的人，发生MDD的风险更低一些。
在Molecular Psychiatry的研究中，这个结论得到了进一步的细化。这份研究中，研究者调研了449660基因数据库样本，其中62.6%为早睡型。在这份调研种，早睡型人群的特征显示为性别女、较低的BMI、吸烟者较少。
研究者统计发现，早睡型人群与晚睡型人群相比，抑郁症状出现的风险为0.79（95%置信区间：0.77-0.81），抑郁障碍风险为0.84（95%置信区间为0.82-0.88），Composite International Diagnostic Interview (CIDI)和Patient Health Questionnaire(PHQ) 9诊断标准下的抑郁障碍严重性出现下降，焦虑障碍（Generalised Anxiety Disorder，GAD）发生风险为0.83（95%置信区间：0.79-0.87），焦虑障碍严重性也同样下降。
也就是说，早睡型的人群，抑郁、焦虑的风险较晚睡型更低，发生疾病后其病情严重性也更低。
另有研究发现，晚睡型人群发生精神分裂症和ADHD的风险更高。
[星星] 为什么晚睡型的人精神健康风险高
晚睡型生物节律者，本身其节律相位就比自然节律更长，也就是如果要适应其自身的生物节律，那么他的作息会和自然光照节律产生一定量的错位。而同时自然光照节律又影响人类的代谢调节。
（见图2）
也就是说，晚睡型节律者其生物节律和自然节律之间本身存在着矛盾，而不像早睡型节律者，生物节律基本与自然节律吻合。在这种错位之下，晚睡型节律者的精神健康风险因素本就已经升高。
【目前的社会节律总体要求早起，这一节律更适应早睡型节律者的需要，使得晚睡型节律者被迫早起，形成一种强制的时间差，甚至出现严重的睡眠不足，形成睡眠债务，导致发生睡眠障碍以及种种情绪障碍甚至精神病性疾病。】如果晚睡型节律者尝试在周末补眠，偿还睡眠债务，则会在之后的工作日进一步导致节律紊乱。研究人员发现，周末补眠的晚睡型人员可与工作日形成3小时的时差，且睡眠时间远高于工作日。
（见图3：社会节律和生物节律在晚睡者当中形成的时差可达到3小时）
比较幸运的是，总人群当中，早睡型人群数量偏多，且随着年龄的改变，人类的生物节律会发生改变，一些青春期或青年期为晚睡型的个体，在年龄增长之后，生物节律会逐渐转向早睡型。有研究表明，晚睡型人群当中，男性占比更高，因此总人群统计显示，男性睡眠类型通常比女性晚，但是到40-50岁以后，这个差异会消失。
但是，对于早睡型人员来说，如果被迫晚睡，同样也会发生精神健康受损的风险。
目前，临床上已经观察到，睡眠和生物钟中断或紊乱，将会导致认知功能下降，人的警觉性、注意力、记忆力、反应能力和决策等高级执行功能会受损。昼夜节律受损，将会影响神经代谢，导致参与情绪调节的神经递质系统的节律活动发生改变，从而引发情绪障碍。【而由于部分精神疾病，比如抑郁障碍、焦虑障碍、精神分裂症等本身与失眠高度相关，反过来又将进一步破坏昼夜节律和睡眠节律，使得神经内分泌进一步受到影响，发生恶性循环，加重疾病。】
中国睡眠研究会2016年公布的睡眠调查结果显示，中国成年人失眠发生率高达38.2%，超过3亿中国人有睡眠障碍，且这个数据仍在逐年攀升中。2019年发表于Lancet Psychiatry的研究显示，中国人当中精神病的终生患病率为16.6% (95%置信区间：13.0–20.2），尽管相对较低，但在庞大的人口基数面前，患者数量巨大，达到了2亿3千多万。其中焦虑障碍终生患病率7.6%（95%置信区间：6.3–8.8），抑郁障碍终生患病率6.8%（95%置信区间：5.8-7.8），都在1亿左右。
精神健康与环境和人类行为有较大关系，社会节律要如何更适应人群的生物节律，来保障大多数人的健康，甚至是超越了医学范畴的庞大课题。
参考文献
[1] Jacques Taillarda,, Patricia Sagaspea, PierrePhilipa, St´ephanie Bioulac. Sleep timing, chronotype and social jetlag: Impacton cognitive abilities and psychiatric disorders.
[2]Daghlas I, Lane JM, Saxena R, Vetter C.Genetically Proxied Diurnal Preference, Sleep Timing, and Risk of MajorDepressive Disorder. JAMA Psychiatry. Published online May 26,2021.doi:10.1001/jamapsychiatry.2021.0959
[3]JessicaO’Loughlin,FrancescoCasanova,SamuelE.Jones,SaskiaP.Hagenaars,RobinN.Beaumont,RachelM.Freathy,EdwardR.Watkins,UsingMendelianRandomisation methods to understand whethe rdiurnal preference iscausally related to mental health
[5]Yueqin Huang, Yu Wang, Hong Wang, ZhaoruiLiu, Xin Yu, Jie Yan, Yaqin Yu, Changgui Kou, Xiufeng Xu, Jin Lu, ZhizhongWang, Shulan He, Xiangdong Du, Yue Wu. Prevalence of mental disorders in China:a cross-sectional epidemiological study. Lancet Psychiatry 2019;6: 211–24
经济的自然原理（8）
关于自然界的基本知识（4）
一、自然进化的过程及原理（3）
地球上所有活的生物主要由4种化学元素构成：氢、氧、碳和氮，其它元素加在一起还不及活的生物总质量的1%。这四种元素全都出现在了宇宙中最多的六种元素名单中，它们属于化学特性最活跃的元素，其中氧是地球上最多的四种元素之一。地球上的生命体为什么没有充分利用地球上其它几种较丰富的元素，而选择了碳、氧、氢？也许并非是因为某些偶然的原因促成了这样的结果，其中可能存在一定的必然性。我们知道，生命的构造首先需要形成结构复杂的有机分子。氢原子只能与一个其它原子结合，氧原子能与一、两个其它原子结合，而碳原子能够与四个其它原子结合。高度活跃状态的碳原子可以很快地和氢、氮、氧、磷及硫等元素结合，产生许多不同的物质。所以，碳成了所有生命体内分子的骨干，如蛋白质和糖。碳与其它原子的结合很脆弱，很容易破裂，使得碳基分子相互碰撞和相互作用，很容易形成新型的分子。这是生命新陈代谢活动中至关重要的部分。而硅原子虽然能与四个其它原子结合，但它的活跃性非常低，所形成的化合物结合得十分牢固，无法再形成新型的分子。这些特征体现了有机分子在构造过程中所需要的客观条件，这些条件既包含了一定的稳定性，同时也包含一定的活跃度，只有在相对适中的状态下才有利于有机分子结构的进化。除此之外，液体也是有机分子相互结合的理想环境。因为固体则将原子和分子锁定在一个地方，它们能够碰撞和相互作用的机会要少得多；而在气体里，分子运动较液体环境更加自由，碰撞和相互结合的概率也较低。我们不能指望生命在冰层中产生，或者在水蒸气中产生，因为大量分子通过相互碰撞并稳定结合在一起才是生命形成的基本环境。生命结构是在适应环境的过程中产生和进化的，它会利用每一种可以利用的环境和物质。地球上贮藏丰富的固体、液体和气体都是生命体可以直接利用的物质，但有些贮藏量很大的元素却因为它们的化合物过于稳定而难以被利用。生命进化对外部环境和自身结构都有一定的要求，它既需要一个条件适度的环境，自身结构又不能缺少灵活性、适应性以及整体的稳定性。当外部环境发生了变化，一些结构不完善、适应性不强的生命体就会率先遭到打击。因此，在生命进化的漫长路途中充满了无数的风险和挑战，一不小心就会成为环境变化的牺牲品。
有机分子的出现向我们展示了不可逆结构更复杂的一面——不同的元素通过电磁力的相互作用结合在一起，形成多种元素平行连接的“平行结构”。这些物质在各种严酷的自然环境中经受着不同程度的考验，有些分子结合得很脆弱，它们难以长久保持结构的完整；有些分子结合得很牢固，一旦生成化合物便难以被分解；还有很多物质处于中间状态。有机物进化的时间越长，结构就越复杂，对周围环境的依赖性也越大，它们需要更频繁地从环境中获取物质和能量。有机体的生存模式是从其它无机物或有机物中获取它们所携带的物质或者能量，它们的生存能力取决于如何善加利用这些物质和能量。本质上，从有机分子到单细胞生物，从动植物到人类社会，它们的生存方式都是一致的——高效地从周围环境中获取物质或者能量，维持结构的稳定，并获得进化的机会。
有机分子结构的进化除了受到分子间相互作用力的约束之外，很大程度上还是适应外界环境的结果。环境因素对有机物质的形态造成了很大的影响，它的多样性促使物质进化的路径持续地分化。造成这种分化的根本原因在于，有机物必须努力地适应变化的生存环境，而生存环境受制于不可预见的随机性变得难以预料。正是因为有机物对独特环境的努力适应，使得它们与环境之间的相关性越来越大，依赖性越来越高。当我们把这一逻辑进一步延伸到更广泛的领域时，我们会发现人类社会的进化路径同样是不可逆的、不可复制的，而且它们与生存环境是不可分割的。
碳分子同氢、氧、氮、硫等分子通过化学键的形式结合在一起，形成了各种结构的有机分子。有机化合物都是含碳的化合物，同时还有含碳的无机化合物，碳元素的地位具有几乎不可替代的作用。因为碳原子结构的独特性，使它可以与多种原子尝试不同的组合方式，从而成为组成有机物和生命体的基本物质。有机物数目众多，可达几千万种，而无机物却只发现数十万种，因为碳原子的结合能力非常强，可以互相结合成碳链或碳环。碳原子数量可以是一、两个，也可以是几千、几万个，许多有机高分子化合物（聚合物）甚至可以有几十万个碳原子。此外，有机化合物中同分异构现象（化合物具有相同的分子式而有不同的原子排列）非常普遍，这也是有机化合物数目繁多的原因之一。有机分子没有选择类似星系的“核心结构”，而是选择了更开放的“平行结构”。也许是因为“平行结构”更容易组合，具有更高的灵活性。再有，分子之间的相互作用依靠的是电磁力，其强度远不如强核力，无法构建像原子一样稳固的“核心结构”，因而就“因地制宜”地采用平行的方式。虽然“平行结构”的稳定性较差，但它所具有的灵活性、复杂性是“核心结构”不能替代的。假如所有的大分子都采用“核心结构”来构造，就不会出现如此丰富多彩的世界，也很难出现如此复杂的生命构造。显然，两种结构各有所长，它们在自然界中相互补充、扬长避短，以达到某种平衡的状态。
所有的生命系统除病毒以外都是由细胞构成的，细胞是最简单的生命形态。细胞中有机物达几千种之多，它们主要由碳、氢、氧、氮等元素组成。有机物则主要由四大类分子所组成，即蛋白质、核酸、脂类和糖。在形成简单的细胞之前，必须形成类似于蛋白质和核酸这样的有机化合物，它们就像宇宙中的原子一样成为了生命构成的基本物质。当这些有机物质大量生成以后，生命的萌发就开始了。最先出现的生命形态是由脂质、蛋白质、碳水化合物和水构成的、由半透膜包裹的囊，这样的原始细胞被称为“异养生物”——即在同化作用的过程中，不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质并储存了能量。最小细胞的直径只有氢原子的1000倍，它们通过漂浮在海洋表面或者接近表面的地方，捕获海水中丰富的酸基和碱基，从而找到能量的来源。蓝藻是另一种类型的原始单细胞生物，也是最早出现的“自养生物”。它们以阳光作为能量来源，制造出生长所需的食物和蛋白质。在很长一段时间之后，自养生物不仅变成了很多种类的细菌，而且还变成了如今遍布地球表面的植物。
关于自然界的基本知识（4）
一、自然进化的过程及原理（3）
地球上所有活的生物主要由4种化学元素构成：氢、氧、碳和氮，其它元素加在一起还不及活的生物总质量的1%。这四种元素全都出现在了宇宙中最多的六种元素名单中，它们属于化学特性最活跃的元素，其中氧是地球上最多的四种元素之一。地球上的生命体为什么没有充分利用地球上其它几种较丰富的元素，而选择了碳、氧、氢？也许并非是因为某些偶然的原因促成了这样的结果，其中可能存在一定的必然性。我们知道，生命的构造首先需要形成结构复杂的有机分子。氢原子只能与一个其它原子结合，氧原子能与一、两个其它原子结合，而碳原子能够与四个其它原子结合。高度活跃状态的碳原子可以很快地和氢、氮、氧、磷及硫等元素结合，产生许多不同的物质。所以，碳成了所有生命体内分子的骨干，如蛋白质和糖。碳与其它原子的结合很脆弱，很容易破裂，使得碳基分子相互碰撞和相互作用，很容易形成新型的分子。这是生命新陈代谢活动中至关重要的部分。而硅原子虽然能与四个其它原子结合，但它的活跃性非常低，所形成的化合物结合得十分牢固，无法再形成新型的分子。这些特征体现了有机分子在构造过程中所需要的客观条件，这些条件既包含了一定的稳定性，同时也包含一定的活跃度，只有在相对适中的状态下才有利于有机分子结构的进化。除此之外，液体也是有机分子相互结合的理想环境。因为固体则将原子和分子锁定在一个地方，它们能够碰撞和相互作用的机会要少得多；而在气体里，分子运动较液体环境更加自由，碰撞和相互结合的概率也较低。我们不能指望生命在冰层中产生，或者在水蒸气中产生，因为大量分子通过相互碰撞并稳定结合在一起才是生命形成的基本环境。生命结构是在适应环境的过程中产生和进化的，它会利用每一种可以利用的环境和物质。地球上贮藏丰富的固体、液体和气体都是生命体可以直接利用的物质，但有些贮藏量很大的元素却因为它们的化合物过于稳定而难以被利用。生命进化对外部环境和自身结构都有一定的要求，它既需要一个条件适度的环境，自身结构又不能缺少灵活性、适应性以及整体的稳定性。当外部环境发生了变化，一些结构不完善、适应性不强的生命体就会率先遭到打击。因此，在生命进化的漫长路途中充满了无数的风险和挑战，一不小心就会成为环境变化的牺牲品。
有机分子的出现向我们展示了不可逆结构更复杂的一面——不同的元素通过电磁力的相互作用结合在一起，形成多种元素平行连接的“平行结构”。这些物质在各种严酷的自然环境中经受着不同程度的考验，有些分子结合得很脆弱，它们难以长久保持结构的完整；有些分子结合得很牢固，一旦生成化合物便难以被分解；还有很多物质处于中间状态。有机物进化的时间越长，结构就越复杂，对周围环境的依赖性也越大，它们需要更频繁地从环境中获取物质和能量。有机体的生存模式是从其它无机物或有机物中获取它们所携带的物质或者能量，它们的生存能力取决于如何善加利用这些物质和能量。本质上，从有机分子到单细胞生物，从动植物到人类社会，它们的生存方式都是一致的——高效地从周围环境中获取物质或者能量，维持结构的稳定，并获得进化的机会。
有机分子结构的进化除了受到分子间相互作用力的约束之外，很大程度上还是适应外界环境的结果。环境因素对有机物质的形态造成了很大的影响，它的多样性促使物质进化的路径持续地分化。造成这种分化的根本原因在于，有机物必须努力地适应变化的生存环境，而生存环境受制于不可预见的随机性变得难以预料。正是因为有机物对独特环境的努力适应，使得它们与环境之间的相关性越来越大，依赖性越来越高。当我们把这一逻辑进一步延伸到更广泛的领域时，我们会发现人类社会的进化路径同样是不可逆的、不可复制的，而且它们与生存环境是不可分割的。
碳分子同氢、氧、氮、硫等分子通过化学键的形式结合在一起，形成了各种结构的有机分子。有机化合物都是含碳的化合物，同时还有含碳的无机化合物，碳元素的地位具有几乎不可替代的作用。因为碳原子结构的独特性，使它可以与多种原子尝试不同的组合方式，从而成为组成有机物和生命体的基本物质。有机物数目众多，可达几千万种，而无机物却只发现数十万种，因为碳原子的结合能力非常强，可以互相结合成碳链或碳环。碳原子数量可以是一、两个，也可以是几千、几万个，许多有机高分子化合物（聚合物）甚至可以有几十万个碳原子。此外，有机化合物中同分异构现象（化合物具有相同的分子式而有不同的原子排列）非常普遍，这也是有机化合物数目繁多的原因之一。有机分子没有选择类似星系的“核心结构”，而是选择了更开放的“平行结构”。也许是因为“平行结构”更容易组合，具有更高的灵活性。再有，分子之间的相互作用依靠的是电磁力，其强度远不如强核力，无法构建像原子一样稳固的“核心结构”，因而就“因地制宜”地采用平行的方式。虽然“平行结构”的稳定性较差，但它所具有的灵活性、复杂性是“核心结构”不能替代的。假如所有的大分子都采用“核心结构”来构造，就不会出现如此丰富多彩的世界，也很难出现如此复杂的生命构造。显然，两种结构各有所长，它们在自然界中相互补充、扬长避短，以达到某种平衡的状态。
所有的生命系统除病毒以外都是由细胞构成的，细胞是最简单的生命形态。细胞中有机物达几千种之多，它们主要由碳、氢、氧、氮等元素组成。有机物则主要由四大类分子所组成，即蛋白质、核酸、脂类和糖。在形成简单的细胞之前，必须形成类似于蛋白质和核酸这样的有机化合物，它们就像宇宙中的原子一样成为了生命构成的基本物质。当这些有机物质大量生成以后，生命的萌发就开始了。最先出现的生命形态是由脂质、蛋白质、碳水化合物和水构成的、由半透膜包裹的囊，这样的原始细胞被称为“异养生物”——即在同化作用的过程中，不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质并储存了能量。最小细胞的直径只有氢原子的1000倍，它们通过漂浮在海洋表面或者接近表面的地方，捕获海水中丰富的酸基和碱基，从而找到能量的来源。蓝藻是另一种类型的原始单细胞生物，也是最早出现的“自养生物”。它们以阳光作为能量来源，制造出生长所需的食物和蛋白质。在很长一段时间之后，自养生物不仅变成了很多种类的细菌，而且还变成了如今遍布地球表面的植物。
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