生命時鐘的振蕩器：解讀2017諾貝爾生理學或醫學獎成果

從藍綠藻到真菌、從植物到動物，地球生命普遍擁有一套內置的時鐘，以24小時為周期調節生理活動，以適應我們這顆行星的自轉和晝夜變化。獲得2017年諾貝爾生理學或醫學獎的三位科學家，在分子水平上揭示了生命時鐘怎樣「滴答」走動。

含羞草葉子在黑暗中仍按晝夜規律開閉，向日葵在太陽尚未升起時已經朝向東方，人在亮如白晝的辦公室里待到半夜照樣犯困——生物的自然節律並不依賴於外界條件刺激，而是由某種內在機制掌控。鐘錶的核心元件是振蕩器，比如鐘擺、機械振子或石英電路，它們產生穩定的周期性振動。

那麼在生物體里，這個振蕩器是什麼？

人們很早就發現生物節律特徵可以遺傳，隨著分子生物學發展，科學界逐漸提出「生物鐘基因」的設想。20世紀70年代，美國加州理工學院的西摩·本澤和羅納德·科諾普卡用果蠅做實驗，篩選相關的基因突變。

果蠅的破蛹羽化有著特定節律，野生品種只在一天的特定時刻出蛹，周期是24小時。科諾普卡等人培養並篩選出了周期更長或更短，甚至沒有周期的果蠅，發現它們在基因組的同一區域發生突變，從而定位到了生物鐘基因，命名為「周期」基因。但限於技術發展水平，人們當時無法弄清這個基因的代碼序列，因為克隆果蠅DNA的技術於70年代晚期才出現。

1984年，三名美國科學家，傑弗里·霍爾、邁克爾·羅斯巴什和邁克爾·揚克隆出了「周期」基因，並把它編碼的蛋白質命名為PER。他們發現，果蠅體內的PER蛋白質濃度有規律地變動，振蕩周期正是24小時。至此，人們找到了生物鐘的「振蕩器」，看到了它的振蕩，接下來就是弄清工作原理。

霍爾和羅斯巴什提出了一個「負反饋」機制：PER蛋白質濃度上升會抑制「周期」基因的活動，阻止基因製造出更多的PER蛋白質，導致濃度回落。這就好比攢下幾個錢後，人就不繼續工作掙錢了。

抑制基因活動必須在細胞核里進行，而PER蛋白質自身無法進入細胞核，需要另一種蛋白質的協助，即揚於1994年發現的第二個生物節律基因「無時」，其編碼的蛋白質被稱為TIM。PER蛋白質濃度比較高時，能與TIM蛋白質結合，從而獲得進入細胞核的「通行證」。

此後還發現了其他幾個相關基因，涉及到PER蛋白質的降解、「周期」基因的啟動等，與前兩種基因共同構成「轉錄翻譯反饋迴路」（TTFL），這就是果蠅生物鐘的核心振蕩機制。

如果把PER蛋白質比擬成錢、「周期」基因的運作比擬成勞動，那麼TIM蛋白質就可以比作消費慾望，其他基因分別是消費行為、工作動力等等，整個振蕩過程可以想像成工薪族錢包鼓起來又癟下去的周期性變動。

時隔30多年後，霍爾、羅斯巴什和揚因為這一研究發現最終摘獲諾獎。霍爾在獲獎後接受美聯社採訪時說，弄清這一機制有助於解決因晝夜節律紊亂導致的睡眠問題。

來源：新華社

原標題：科普：生命時鐘的振蕩器——解讀２０１７諾貝爾生理學或醫學獎成果

新聞報料

商務合作

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！