白天精神，晚上犯困，背後的原因是什麼？

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由於地球的自轉，我們擁有了白天與黑夜。由於體內的生物鐘，所有生命都能適應白天黑夜的循環往複。但是這個「生物鐘」運行的機制又是什麼呢？就在剛剛，Jeffrey C. Hall， Michael Rosbash 和 Michael W. Young三位科學家正是因為解開了這個秘密而獲得了2017年的諾貝爾生理學或醫學獎。三人的工作為我們解答了植物、動物，包括我們人類是如何調節自身的生物節律，以便和賴以生存的地球合拍。

發現體內的時鐘

18世紀，天文學家Jean Jacquesd』Ortous de Mairan研究含羞草，發現含羞草的葉片總是在白天朝著太陽的方向展開，黃昏時再閉上。Mairan不禁想到，如果把含羞草置於一個全黑的環境中，它的葉片還會這麼有規律地開合嗎？答案是肯定的，即便處於完全漆黑的環境里，含羞草依舊我行我素地白天展開葉片，傍晚閉合葉片，彷彿體內有一個時鐘在控制。

其他研究者也陸續發現，不僅是植物，動物甚至人類也有體內的生物鐘，調節日常的生理行為。這種規律性的適應行為被稱作「晝夜節律」（circadian rhythm），也叫「生物節律」。其中的circadian起源於拉丁語「circa」（意為環繞，around）和「dies」（意為一天，day）。雖然早就發現了生物鐘，但這個時鐘的運行機制一直是一個謎。

生物鐘的基因

20世紀70年代，美國生理學家Seymour Benzer和他的學生Ronald Konopka，成功從果蠅體內找到了影響生物鐘的基因突變，並將其命名為period基因。但該基因是如何影響生物節律的呢？

今年生物學或醫學獎的三位獲得者回答得正是這個問題。1984年，Jeffrey C. Hall和Michael Rosbash同在美國布蘭迪斯大學供職，而Michael W.Young則在美國的洛克菲勒大學任職。三人沿著Seymour Benzer的道路繼續前行，終於取得了一個重要的突破：他們發現period基因編碼的蛋白質PER在夜晚積累，在白天則被消耗。也就是說，PER的濃度在24小時內呈明顯的周期變化，與生物節律完全一致。

接下來，Jeffrey Hall 和 Michael Rosbash又進一步證明了PER就是果蠅晝夜節律震蕩的關鍵。當period基因被激活時，同時產生大量的period mRNA。這些mRNA被運往細胞質，當做PER蛋白質的生產模板。當細胞核中的PER濃度大幅升高時，period基因的活性受阻。如此一來，PER與period基因之間形成了抑制性反饋，這便是晝夜節律產生的生理基礎了。

至於PER蛋白是如何抵達細胞核的，功勞要算在Michael Young頭上。1994年，Young發現了另一個生物鐘基因，名為timeless，編碼生成蛋白質TIM，與PER一起進入細胞核，抑制period基因的活性。隨後，Young還發現了第三個生物鐘基因doubletime，其編碼的DBT蛋白能推遲PER蛋白的積累時間，使整個濃度變化周期接近24小時。

【啊！生命就是這樣神奇】

果蠅如此，我們也如此

雖然是在果蠅身上做的實驗，但我們現在已知，幾乎所有的多細胞生命體，包括我們人類，都在用這套生物鐘體系。多謝這三位科學家的卓越貢獻，時間生物學現已發展成一片更加廣闊的學術領域，與我們的健康生活息息相關。

文章來源/https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2017/press.html

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