官方解读2017诺贝尔生理医学奖:生物钟如何控制身体
图丨2017 年的诺贝尔生理学或医学奖得主迈克尔·杨(Michael W Young)1984 年他的团队克隆出果蝇的period 基因,这个基因能够调节果蝇的生物钟。杨之后的研究还揭示了更多生物钟相关基因,以及它们产物的运作情况。
以下为诺贝尔委员会官方新闻稿全文:
概述
地球上的所有生命都必须适应地球的自转。很多年来,我们一直知道所有的生命体,包括人类在内,都有一个内部的生物钟,来让他们适应昼夜变换,并找到生命的节奏。但这个这种生物钟到底是如何工作的?Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash 和Michael W. Young 三人的工作窥探了生物钟的秘密,并解释了其工作原理。他们的研究成果解释了植物、动物以及人类是如何适应这种生物节律,并同时与地球的自转保持同步。
今年的诺贝尔生物学奖获得者们从果蝇身上分离出了一种基因,这种基因用来控制果蝇的日常生物节律。研究者们表示,这种基因可以使得果蝇在白天时对体内的一种蛋白质进行编码,使它们聚集,到晚上则进行降解。随后,研究人员又发现了这种机制的其他蛋白质组分,从而揭示了到底是一种怎样的机制使得细胞内的生物钟持续工作。我们现在认识到,这种细胞内机制同样作用于其他多细胞生物,包括人类本身。
我们体内的生物钟,在一天之中的不同时段,对我们的生理功能进行着非常精准的调节,例如行为、激素水平、睡眠情况、体温,以及新陈代谢等。当我们所处的外部环境于我们体内的生物钟出现不匹配的情况时,我们的身体状况就会马上反应出不适,比如乘机穿越数个时区导致的“时差”。此外,还有迹象表明,如果我们的生活方式与生物钟开始出现偏差时,我们换上各种疾病的风险也会随之增加。
我们的内部时钟
大多数的生物可以预测并适应环境中的日常变化。18 世纪的时候,法国科学家Jean-Jacques d'Ortous de Mairan 将含羞草置于恒定黑暗的环境下。他发现,含羞草叶片的活动仍能保持24 小时的波动性变化。植物似乎都有自己的生物钟,那次发现也被认为是生物具有内源生物节律的最早证据。
之后,其他研究人员发现,不仅植物有这种“内部时钟”,其他动物包括人类都存在这一现象,而这个“时钟”其实有助于我们为日常的生理机能做好准备。这种规律性的适应被称为“昼夜节律”。但是,人体内部生物钟的工作原理仍然是个谜。
图丨含羞草的生物钟现象:含羞草叶子会在有日光的白天张开,在没有日光的夜晚合闭。Jean-Jacques d'Ortous de Mairan 通过实验证实,在持续黑暗条件下,含羞草叶片开合现象依然保持着如同昼夜周期下同样的节律性。
发现生物钟基因
早在上世纪七十年代,加州理工学院的Seymour Benzer 和他的学生Ronald Konopka 就开始寻找可以控制果蝇昼夜节律的基因。他们发现,有个当时还不知道的基因如果发生突变,就会扰乱果蝇的昼夜节律。他们给这个新基因起了个名字:period(周期)。那么,这个基因是如何影响节律的呢?