人為何有生老病死、會晝出夜歸？三位新晉諾獎獲得者給出了答案

最新 10-03

人生老病死、晝出夜歸，這些都是生物的節律。這些現象很平常，但分子機制卻非常複雜，弄清了個中原理，才能更好地適應生物規律。

榮膺諾獎的三位美國遺傳學家：傑弗理·霍爾（Jeffrey Hall）、邁克爾·羅斯巴希（Michael Rosbash）和邁克爾·楊（Michael Young）。

文/張田勘

10月2日，2017年諾貝爾獎最先揭曉的生理學或醫學獎獲獎名單公布，該獎將授予傑弗里·霍爾（Jeffrey C.Hall）、邁克爾·羅斯巴什（Michael Rosbash）和邁克爾·楊（Michael W.Young），以鼓勵他們發現人體生物鐘的分子機制。

今年的諾貝爾生理學或醫學獎3名獲獎者，其實也曾被2013年邵逸夫獎的生命科學與醫學獎「照拂」，當時就是為了表彰他們在晝夜節律的分子機制方面的發現。生物節律主宰人的行為，其學術價值不言而喻，而獲得當今世界上最高的科學榮譽諾獎的「垂青」，則更凸顯了其重要性。

春去秋來，潮漲潮落；花開花謝，夜去晝來……所有這些，都是自然和生物的節律。如果說，地球自轉和公轉產生春夏秋冬、潮漲潮落的周期可以理解，那為何包括人在內的生物行為會有節律？

這就要從地球起源和環境演化去找原因。20世紀初，德國醫生威廉·弗里斯和奧地利心理學家赫樂曼斯·沃博達宣稱，人的體力存在著一個以23天為一周期的「體力盛衰周期」；人的情感和精神狀況也存在著以28天為一周期的「情緒波動周期」。20年後，奧地利的阿爾弗雷德·特爾切爾教授也稱發現了人的智力存在著一個從出生之日起以33天為一個周期的「智力強弱周期」。後來人們稱其為「人體生物三節律」，即PSI周期（Physical、Sensitive和Intellectual的縮寫）。

但直到1971年，才有科學家從生物的分子和功能中發現端倪。羅納德·科諾普卡和西莫爾·本澤爾發現果蠅體內的Period基因（per）產生不同突變後，會致使果蠅本來按部就班的生活規律變得混亂不堪，如導致果蠅晝夜節律的周期或變短或變長，甚至讓其晝夜節律消失。

但這仍不能完全解釋為何這個基因會主宰果蠅的有規律的行為。1984年，三位美國學者——也就是此次獲諾獎的這三人，先後獨立地克隆了per基因，才開始深入地揭示生物節律的機制。

三人合照。圖源：新華社。

霍爾和羅斯巴什發現，per基因編碼的蛋白（per蛋白）是種轉錄抑制因子，通過抑制該基因的表達產生了約24小時的節律。邁克爾·楊則於1994年獲得更大的突破，發現了另一個決定生物節律的生物時鐘基因tim（Timeless）。當tim蛋白與PER蛋白結合在一起後，能進入到細胞核中阻斷per基因的活性，讓這個抑制反饋迴路得以循環往複。

這些基因也存在於人體。生物節律基因的發現讓人們更加懂得，人的生老病死是種節律，人們按24小時和晝作夜息的規律安排生活和工作，同樣是符合生物節律。