他們發現「生命時鐘」的奧秘

■本報首席記者　許琦敏　唐聞佳

植物為何會白天開花、夜晚花謝？　為何飛越半個地球，人們需要倒時差？　這都是由生命體內的生物鐘所控制的。科學家通過幾十年努力，為我們清楚揭示了其中的奧秘。昨天揭曉的2017年諾貝爾生理學或醫學獎，授予了三位在這一領域做出開創性貢獻的美國遺傳學家：緬因大學的傑弗里·霍爾教授，布蘭迪斯大學和霍華德·休斯醫學研究所的邁克爾·羅斯巴什教授，以及洛克菲勒大學的邁克爾·揚教授。頒獎詞稱：他們「因發現晝夜節律的分子機制而獲獎」。

人們從未想過一個行為可以由基因控制

生命體適應地球環境的一個重要表現就是，感知並適應地球各種周期的變化，比如晝夜節律　(夜伏晝出)、季節變化　(冬眠)　等。這種行為幾乎普遍存在於從低等到高等的各種生命體內，細菌、藻類，直到哺乳動物，乃至人類。

「在這一發現之前，人們從未想到過，一個行為可以由基因來控制。」中科院神經科學研究所研究員嚴軍說，自從孟德爾發現遺傳規律，大家知道基因可以控制生命體的一些基本特徵，比如種子的大小、眼睛的顏色等，但發現一種相當複雜的行為也可以由基因來控制，這還是第一次。

這也是諾貝爾獎第一次頒給晝夜節律這一研究領域，儘管生命科學界的同行已經期待了好多年，感到這一領域的研究應該獲獎，因為它涉及到如此基礎的生命活動，已經成為一項經典研究。「其實，最應該獲得這一獎項的是美國分子生物學家西摩·本澤，他已在2007年去世。」嚴軍說，今年的三位獲獎者幾乎都是本澤的晚輩。上世紀70年代，本澤曾在果蠅身上發現通過基因變異，可以將果蠅的生物鐘調快、調慢，甚至關閉。雖然這未解釋生物鐘如何運作，但卻跨出了關鍵一步。

在此基礎上，1984年，三位獲獎者發現並克隆出了這個基因，將其命名為PER，周期基因(Period Gene)的縮寫。隨後，他們又發現了一系列相關的生物鐘基因。嚴軍解釋，控制生物鐘的基因彷彿構成了一個鐘擺，PER是其中的重要一環，而其他生物鐘基因和它一起「搖擺」，來調控生命體的生物節律。

模式生物「果蠅」第五次摘得諾貝爾獎

這是果蠅作為模式生物，第五次幫助科學家摘得諾貝爾獎。由於果蠅的基因組相對簡單，繁殖速度又快，所以在研究很多生命現象時，它都是科學家的有力助手。此前的1933年、1947年、1995年和2011年，科學家四次因研究果蠅而摘得諾獎，今年，生物鐘的研究讓果蠅再次折桂。

嚴軍介紹，這次的獲獎者幾乎都是果蠅的研究專家。他們發現攜帶PER基因的果蠅突變體中，晝夜活動節律被打亂了，在本應安靜的晚上，卻表現得和白天一樣。經過多年持續探索，生物節律如今已成為生命科學研究中動物行為方面分子機制最為清楚的領域之一。比如，哺乳動物的PER基因有三個拷貝，這些基因上的氨基酸的突變會引起生命體怎樣的行為，都有詳細的研究，「可以說，生物鐘的研究已經深入到原子水平。」

生物鐘控制著人類的行為和代謝。中科院上海植物生理生態研究所研究員劉宏濤介紹，控制生命節律的一個核心基因CRY最早在植物中被發現，作為藍光受體發揮功能，後來才發現它也是生物鐘中央振蕩器的關鍵基因，參與眾多生理反應調控。後來還發現它參與感應磁場，在鳥類遷徙中發揮重要功能。

嚴軍說，這些發現正在解決很多實際問題，也在為個性化醫療提供可能。比如，人體大腦內松果體分泌的褪黑素，可能影響人的晝夜節律，被廣泛用於調節睡眠。現在，不少手機應用可以記錄人的睡眠、運動情況，並由此推斷每個人的生物鐘，這為某些藥物的給葯時間提供了參考。同時，在一天中，有些時段癌症細胞生長比較快，那麼抑制癌細胞的藥物在此時使用，效果可能最為明顯。在植物領域，生命節律的調控還可幫助植物獲得更高的產量。

科學家逐漸發現，節律研究尤其是晝夜研究，與人體眾多疾病有著重要關聯。上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院上海市內分泌代謝病研究所副研究員王計秋告訴記者，現有研究發現，生物體的晝夜節律紊亂，與肥胖、糖尿病、高血脂、高血壓、高血糖等內分泌代謝病，乃至腫瘤的發生髮展都有關聯。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！