深度研究｜诺贝尔奖揭开生物钟神秘的面纱

深度研究｜诺贝尔奖揭开生物钟神秘的面纱

生命的林林总总总能找到遗传基因的影子，人类也不例外，尽管很多性状并不是单个遗传基因控制，遗传基因的表达也受到多种因素的影响，但命运总会青睐一些幸运的有准备之人，让他们发现有价值的关键基因，起作用的关键蛋白质，循着这条路线，更多的生命秘密被揭开。

杰弗里.霍尔( Jeffrey Hall) 、迈克尔.罗斯巴什( Michael Robash)和迈克尔.杨(Michael Young)是幸运的，他们紧密合作，沿着正确的路线，取得了一个个的遗传发现。在果蝇中的发现，被证明也同样适用于高等植物、高等动物，看来，这种与生物钟有关的分子机制，在生命进化的长河中很早就开始流淌了。

人类要再一次感谢果蝇这种重要的模式生物，它的奉献让人类一次次获得对生命认识的重大突破。

在三位科学家的研究中，有一个重要概念的提出，这就是生物钟的转录翻译负反馈回路的形成。

了解遗传基因转录翻译的都知道，遗传基因DNA大分子存在于细胞核中，而合成蛋白质的场所是在细胞质中，因此，DNA指导蛋白质合成需要另一种遗传物质RNA担任翻译和运输工具等。mRNA (信使RNA)带着从DNA 拷贝的遗传信息到细胞质中的核糖体RNA上合成蛋白质。

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遗传信息流在细胞内不同场所有序流动，DNA不会跑到细胞核外，合成的蛋白质也不会随便跑到核里，照理说不会互相干扰，可徧偏这个与日夜生物节律有关的period基因指导合成的PER蛋白不老实，它要想方设法回到细胞核中干扰period的作用，也就是说，PER 蛋白可以让 period 基因失去活性。换句话说，PER 和 period 形成了一个抑制反馈的环路，PER 可以抑制基因合成自己，这样就形成了一个连续，循环的节律。

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问题来了，这个PER蛋白是如何跑到细胞核中去的呢？有没有其他同伙呢？幸好，同伙被三位科学家发现。原来，有个timeless基因，它可以编码 TIM蛋白，这同样为生命正常节律所需。Young 通过实验将TIM蛋白会结合到 PER蛋白上，然后发现两个蛋白可以一起进入细胞核，并且在那里抑制 period 基因的活性，原来，是TIM引狼入室，把PER带进细胞核，抑制在那里指挥自己合成的period。不过，这个过程是有周期的，他们在果蝇中发现， PER 晚上会在果蝇体内积累，到了白天又会被分解。所以 PER 的浓度会循环震荡，周期为 24 小时，和昼夜节律相同。

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科学研究的过程就是不断提出问题，解决问题的过程。随后的问题是，这种震荡的频率周期为什么维持在 24 小时？接着，Michael Young 又发现了一个基因 doubletime，可以编码 DBT 蛋白。DBT 可以延迟 PER 蛋白的积累，这基本解释了为什么震荡的周期为什么会稳定在 24 小时左右。

从遗传基因、蛋白质分子水平上寻找生物节律的本质，这些发现太有趣了，生物体内的分子代谢、遗传信息流的流动真是环环相扣啊。这大概也是生命适应地球环境变化不断进化的结果。

30多年过去了，三位新科诺贝尔奖得主以及相关的科学工作者，沿着已经奠定的生物钟的理论基础，不断深入，又有一些新的发现，比如其他一些蛋白可以维持period的活性，以及外界的光如何调节生物钟，等等。关于生物钟的研究涉及方方面面，可能还有很多未解之谜。

日夜循环，周而复始；生命运行，自有节律。世间的生物，都按照各自的生命节律生存繁衍。生物钟是神秘的，不过看来人类已经找到从分子水平上解密它们的钥匙，我们更关心的是，这些科学成果如何更好地造福人类，解决人类生存中的一些难题和困惑。