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監製：中國科學院計算機網路信息中心

2017年10月2日北京時間17：35，年度諾貝爾生理學或醫學獎獲獎者公布。在實驗室帶著耳機偷聽獲獎現場直播的我顫抖著雙手在微信群里打下四個字：生物節律！

而後五分鐘之內，我的訂閱號頁面已經被這個話題刷屏。群里姬友知道我要寫這篇文章，立即發來賀電——「聽說晝夜節律都得諾貝爾獎了，你還在為了工作而通宵！」

雖然筆者的博士課題方向並不是生物節律，但是作為科學界最具規模最具影響力的「八卦」盛事，諾貝爾獎是非常值得為其通宵熬夜的。不多廢話，請大家瞻仰一下今年生理學或醫學獎的獲獎人：

2017年諾貝爾生理學或醫學獎授予Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash 和 Michael W. Young，以彰其在晝夜節律的分子機制方面的發現。（www.nobelprize.org）

為了避免混亂，這裡就不對人名進行翻譯，好在三位先生的名字也並不難記。下面就來看我們的獲獎人大起底：

Jeffrey C. Hall

（圖片出自PNAS. 102: 16547–16549. PMC 1283854）

Jeffrey C. Hall，美國遺傳學家和時間生物學家。布蘭迪斯大學教授，專註於研究黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）的行為學和神經學。

1945年，Hall生於美國紐約布魯克林。高中時期的他本想成為一名醫生，然而在本科階段，他發現了對生物學的濃厚興趣，隨即放棄了醫生這一高地位高收入的理想職業。

1971年，Hall從華盛頓大學（University of Washington）獲得遺傳學博士學位，畢業後師從Seymour Benzer（另一位晝夜節律領域的大牛，已故）在加州理工學院做博士後。

三年後，他獲得了布蘭迪斯大學（Brandeis University）的助教職位。從本科起直到退休，Hall 都在研究果蠅求偶和行為節律的神經學機制，由此揭示了生物鐘的關鍵機制和神經系統中性別分化的基礎。

2003年，Hall獲得了美國遺傳學會獎章，並於同年入選美國科學院。

Hall教授的最後一篇綜述文章發表於2008年，現已退休，想必此次諾獎的頒發會讓老人的生活再起波瀾。

Michael Rosbash

（攝影/Mike Lovett，來自www.brandeis.edu）

Michael Rosbash，美國遺傳學家和時間生物學家，即是霍華德·休斯醫學研究所（Howard Hughes Medical Institute）研究員，又是布蘭迪斯大學教授，為 Hall的同事。

Rosbash於1944年生於密蘇里州堪薩斯市，本科期間對數學感興趣的他卻因為加州理工學院（California Institute of Technology）的一門生物課程而醉心於生物學研究。

1965年從加州理工取得化學學位之後，Rosbash又於1970年從麻省理工學院獲得生物物理學博士學位。

Rosbash同樣於1974年獲得布蘭迪斯大學的教職，並在2003年入選美國科學院。

Rosbash教授的貢獻主要在於克隆出周期基因（periodgene，PER）並鑒定出其他多個果蠅中與節律相關的基因，並且提出了生物鐘的「轉錄翻譯負反饋調控」理論。

Michael W. Young

（來自www.rockefeller.edu）

Michael W. Young，美國遺傳學家，洛克菲勒大學教授。

1949年，Young出生於美國佛羅里達州邁阿密。他的雙親都不從事科學工作，卻非常支持孩子在科學方面的興趣。

1975年，Young 從德克薩斯大學奧斯汀分校獲得博士學位。在讀博期間，他開始對果蠅產生濃厚興趣，而另外兩位科學家Ron Konopka 和Seymour Benzer關於晝夜節律突變果蠅的研究，直接引領他致力於周期基因的克隆工作。

經歷了兩年在斯坦福大學醫學院（Stanford University School of Medicine）的博士後研究，1978年Young成為洛克菲勒大學的助理教授，而後在1988年獲得教授職位。

2007年，Young教授當選美國科學院院士。Young教授的主要貢獻在於闡明了周期基因的功能，以及在果蠅睡眠周期中的作用。另外，他還發現了「timeless」（無時間）和「doubletime」（雙倍時間 ）兩個基因，其編碼的蛋白同樣在晝夜節律中起到重要作用。

以上就是三位諾獎獲得者的經歷。有沒有感受到大牛科學家一路開掛的人生軌跡？

沒關係，雖然我們得不了諾獎，至少還可以學習一下獲獎的研究內容。想要突破外行看熱鬧的層面而初窺門徑嗎？且看下面分解——

什麼是晝夜節律？

如果只能用一個例子來說明什麼是晝夜節律，那就是「倒時差」。

在中國，我們（基本）遵循著日出而作日落而息的規律。但是當我們坐了13個小時的飛機落到地球的另一端，就會發現，儘管這裡日出日落比起國內相差了12個小時左右，但是在落地之後的一段時間內，我們的清醒和睏倦仍然遵循著國內的時間表。你會在艷陽高照的下午眼皮灌鉛，也會在伸手不見五指的半夜目光炯炯。

說好的早睡早起怎麼變成晝伏夜出了呢？

其實這就是你身體里的生物鐘遵循了本身的節律，而暫時性地背叛了日照。調控你身體里生物鐘的機制，就是本次諾獎的研究，晝夜節律。

獲獎人發現了什麼？

簡單來說，三位科學家就是發現了細胞是如何精確調控約為24小時的晝夜節律的。

研究始於1970年代，兩位我們上面提到卻沒有詳細介紹的科學家Seymour Benzer 和他的學生 Ronald Konopka研究發現，一個未知基因的突變體可以使果蠅喪失晝夜節律，他們將這個基因命名為周期基因（periodgene）。

在今年的三位獲獎人手中，周期基因的序列由未知變成了已知。

然而它是如何調控節律的？

Jeffrey C. Hall和 Michael Rosbash兩位教授發現，周期基因製造出的叫做PER的蛋白質會在夜間堆積在細胞核中，而在白天則遭到降解。

這樣一個堆積-降解的周期大約就是24小時，正好是一天的時間。堆積在細胞核中的PER蛋白阻礙細胞繼續製造它本身，直到夜晚結束，堆積的PER蛋白被降解，製造重新啟動。這樣一個蛋白對其本身的製造進行負向調控的機理，就叫做「轉錄翻譯負反饋調控」。

（圖片來自www.nobelprize.org， 有改動）

高中生物課上我們學過，蛋白質是在細胞質中進行製造的。這條準則同樣適用於PER蛋白。

然而，PER蛋白是如何堆積在細胞核中的？

這時候就輪到Michael W. Young教授出場，他發現了另外一個叫做「timeless」（無時間）的基因，其製造的蛋白質TIM幫助PER蛋白從細胞質轉移到細胞核。確切地說，TIM和PER是互相幫助，共通入核，缺一不可的。

（圖片來自www.nobelprize.org， 有改動）

此外，TIM蛋白還具備一個非常重要的能力，即根據光照重置生物鐘的功能。

Young教授和其他研究人員共同發現，TIM蛋白在光照下會被迅速分解，從而調節PER蛋白的入核和堆積，對生物鐘進行重置。就是說，如果你飛到地球另一端，過段時間自然會適應當地的日出日落，這就要感謝你體內有TIM功能的蛋白。

好的，晝夜更替的問題解決了，然而細胞是如何控制其頻率的？

我們上面說的Young教授發現的另一個基因「doubletime」（雙倍時間）就是這個問題的關鍵。

簡單來講，這個基因可以製造一個叫做DBT的蛋白質，它作為一個激酶，可以給沒有與TIM結合的PER蛋白上裝一個磷酸基團，促進落單的PER蛋白的降解。而PER蛋白的降解速度就精確調控了晝夜節律的頻率。

這個諾獎級發現有什麼用？

這項研究雖然是在果蠅中完成的，但是生物節律卻是從植物到人類中普遍存在的現象。在生物從單細胞進化到複雜哺乳動物的過程中，有一些基因或多或少地保留了它本身的樣子，使得有著共同祖先的生物共享一些基因序列，至少是相似功能的蛋白質，即同源基因或蛋白質。

人類和果蠅雖然千差萬別，但卻仍然擁有不少同源基因，例如此次的period基因和doubletime基因。

而人類中有一種遺傳性疾病「睡眠時相前移綜合症」(Advanced sleep phase disorder，ASPD)，其患者的睡眠期間會較普通人前移，大約在晚上6點到8點入睡，凌晨3點醒來。2001年的一項研究發現， ASPD的致病機理，就是病人的hPer2（period基因的同源物）發生了突變，使得人體內的PER蛋白無法被DBT蛋白正常修飾降解。了解了致病機理，疾病治療手段的開發也是指日可待。

晝夜節律不僅控制著睡眠，還控制著人類的進食規律、激素分泌、血壓和體溫等等。這些被我們的身體默默地精確調控的過程，還有待人類進一步的理解。在理解的基礎上，這些發現終將造福人類的生活。

（圖片來自www.nobelprize.org， 有改動）

最後再讓我們深入記憶一下今年的諾貝爾生理醫學獎的話題：

（請帶著宣讀結婚誓言的莊重來重讀這句話，你將體會到短短兩行字帶來的並不只是一個新聞標題，而是三位科學家和身後眾多科學工作者數十年如一日的專註投入：）

2017年諾貝爾生理學或醫學獎授予Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash和Michael W. Young，以彰其在晝夜節律的分子機制方面的發現。

參考文獻：

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Jeffrey_C._Hall

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Michael_Rosbash

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Michael_W._Young

4. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2017/press.html

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