如果你要是能重啟生物鐘？那你可真就厲害了

我們都知道，每個活細胞中都有生物鐘幫助控制生物過程，如新陳代謝、細胞分裂以及 DNA 修復等，但我們還不知道它的具體工作機制。

夜班、時差反應以及睡眠不安等因素不僅僅會影響人們的睡眠質量，而且還有更深遠的影響。這是因為，這些行為擾亂了我們的生物鐘。我們之所以稱這種機製為生物鐘，是因為它將生物過程與地球上的 24 小時日長同步，並據此控制我們身體內的基本化學機制。生物鐘控制著成千上萬個基因的打開和關閉，而這些反過來又會合成蛋白質，它們操縱著細胞內部機制。

每個細胞都有自己的生物鐘，它控制著不同類型細胞的不同基因。無論是在細菌、真菌、植物、昆蟲還是動物身上，生活都離不開非常複雜的「發條裝置」。在人類和其他動物身上，大腦中都存在著中央生物鐘，它受到光的影響，可以讓整個身體中的所有其他生物鐘保持同步。因此，當生物鐘被打亂或當它不起作用時，我們的組織器官就會受到影響。

令人感到怪異的是，人們至今依然無法理解這種基本的生物過程，但事實就是如此。對細菌、果蠅、植物和小鼠進行的研究，已經幫助我們對生物鐘有所了解。我們知道，在哺乳動物身上有四種中心成分、四個生物鐘蛋白以及合成它們的基因，它們在反饋迴路中以「正」臂和「負」臂的形式存在：蛋白質負責打開和關閉基因，從而決定生物鐘蛋白的水平，比如在錯綜複雜的舞蹈中使生物鐘蛋白保持水平波動。

我們可以將生物鐘視為有兩個鐘擺的傳統時鐘。在這種情況下，鐘擺的每次擺動都會影響到其他基因的整個片段，並啟動其他基本過程，例如哺乳動物細胞分裂和自我複製所需的 24 小時機制，或植物身上發生的光合作用過程等。

生物鐘似乎和生命本身一樣古老，即使古細菌身上也有生物鐘。從蜜蜂到蜥蜴再到鯨魚，所有動物體內都發現了人類特有的生物鐘蛋白，這表明在億萬年的進化過程中，這種生物機制被嚴密地保存下來，因此它對所有生物來說都有著非常重要的作用。

在植物中，開花受日長的控制。分子機制還不清楚，但很明顯，植物感測器能夠檢測到可用光的質量，並與植物生物鐘相互作用，後者可能控制植物中 5% 或 10% 的基因。如果我們確實理解了這種機制，也許可以改變生物鐘，這樣我們就可以讓植物加速產果或種子，每年可以收穫兩到三次。或者我們能把植物移植到其他地區，例如將熱帶植物移植到更冷的地區，雖然可用光減少，但它們卻依然能夠正常生長。

也有證據表明，在蜜蜂、其他昆蟲、候鳥以及其他動物尋找回家之路的過程中，生物鐘也起著重要作用。在某種程度上，生物鐘似乎與這類生物的特殊能力有關，這些能力可以感知地球磁場，並利用它進行空間導航或定位。帝王蝶就是其中的典型代表，它的生物鐘基因與人類非常相似，或許人類也有感知地球磁場的能力！

實驗室中培育的小鼠沒有生物鐘基因，當它們患上癌症或有其他異常時，它們的 DNA 修復機制也無法發揮作用。這就是為什麼夜班工人、飛國際航線的飛行員或空間患某種癌症發病率較高的原因嗎？對容易患乳腺癌的老鼠的實驗表明，正常的睡眠周期會加速腫瘤的發展。因此，至少有些原因引起人們對乳腺癌家族史的關注。

我們能操縱生物鐘來改善癌症的治療嗎？目前還不清楚。但我們確實知道，在每天的不同時段 DNA 修復效果不同，這表明當 DNA 修復處於最不活躍狀態時，輻射或化療的效果才會最好。生物鐘也影響我們的基本代謝過程，就像我們的身體分解有機物，從我們所吃的食物中獲取能量，然後利用能量來構建細胞蛋白質和其他成分那樣。

但在另一方面，通過禁食一段時間，飲食有助於重置生物鐘。禁食或低熱量的飲食也可減緩衰老過程，這個過程也由生物鐘控制。如果我們能夠更多地了解生物鐘機制，只需要簡單地重新編程生物鐘就能延緩衰老嗎？我們還不知道，但可能性遠遠超過了想像。

除了這些潛在應用之外，研究基本上限於基礎部分。生物鐘可能是生命本身的最基本秘密之一。至少了解活細胞的化學特性，也意味著了解生物鐘何時以及如何發揮化學功能。

為了理解生物鐘是如何工作的，並回答許多關於其實際應用的問題，需要系統地繪製不同人體組織中在不同時間段中的生物鐘機制。然後，科學家們就可以開始研究生物鐘蛋白如何與生物鐘基因和其他蛋白質進行化學和結構方面的相互作用。同樣重要的是研究信號機制，包括中央生物鐘如何同步單個細胞的生物鐘，使它們與地球自轉時間同步運行。

另一個方法可能涉及篩選數以百萬計的小分子，來識別那些能改變生物鐘周期節律或增加 / 減小生物鐘振蕩幅度的分子。這些分子可以用作研究生物鐘機制的工具，也可以作為未來藥物開發的潛在候選者。為了發現精確的分子機制，比如哪類蛋白質、代謝化合物和信號化學物質能夠維持和調節生物鐘，將需要更多的科學人才共同努力，包括遺傳學、蛋白質圖譜、結構測定以及蛋白質生物化學方面的人才等。

首先需要利用果蠅或老鼠等模型生物進行研究，然後觀察相同的機制是否存在於人體內。最後，還需要臨床調查，利用這些知識加強、糾正或微調生物鐘，以設計新的疾病療法、更多產的作物或控制有害細菌的新方法等。

這不是一個小項目。它需要設備，但更需要培養必要的科學人才，至少 10 年內多所大學都需要維持研究小組。要想取得重大進展，估計需要 10 年的努力，資金超過 1 億美元，這遠遠超出正常的研究經費範疇。這類項目也不適合有專門針對特定疾病的資助。實際上，這個項目還需要細胞生物學、基因組計劃以及遺傳學的配合。這並不奇怪，因為中央生物鐘對生命本身至關重要。

然而，同樣的道理，所獲得的基本知識很可能對我們解決人類行為、健康問題的能力產生深遠影響。事實上，在所有其他生物體中也是如此。也許最終，我們也會明白為什麼我們擁有生物鐘機制，為什麼生命會讓時間停留在地球的節奏上呢？

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