揭秘生物体内的神奇“时钟”(2)

无声的“陪伴”
被“烙印”在基因里的生物钟
与看似“遥远”、仅出现在胚胎期的分节时钟不同，有一个“时钟”自出生起就与我们息息相关。日出而作、日落而息，昼夜节律正是生物钟“大家庭”中的一员。“生物钟是生物长期适应环境周期性变化而演化的一种内在计时机制。”王晗介绍，生物钟普遍存在于多种生物当中，从低等的细菌到真核的真菌、植物、动物再到人类都存在生物钟的调控系统。大家所熟悉的昼夜节律因其自主运行周期约为24小时，故又被称为“近日生物钟”。“除了‘近日生物钟’之外，实际上还有很多大于或小于24小时的节律，如秒节律、月节律和年节律。”王晗进一步解释，例如心跳的周期往往约一秒，而女性的月经则通常以1个月为周期。
尽管很难感受得到，但我们体内的激素每天都在不断地发生着周期性变化。其中，很多人都知道夜间睡觉前，与睡眠相关的激素——褪黑素会大量分泌，清晨2-3时到达峰值，夜间分泌量比白天多出5倍以上。然而，体内细胞是如何感知到时间，进而发生一系列昼夜周期性变化的呢？“尽管这其中还有许多未知等待探索，但从生物的演化和自然选择角度来说，地球上的所有生命现象都是大自然对生物适应环境的演化选择的结果。”王晗表示，月球围绕地球转，地球围绕太阳转，而太阳是地球上所有生命的原动力，只有当生物机体主动适应自然环境，尤其是与能量供应节奏相吻合时，才能够在生物演化过程中得以保存。“例如白天活动时对身体的需求和夜晚睡眠状态时对身体的需求是不同的，因此需要机体自主进行调节。”王晗告诉《科技周刊》记者，曾有试验表明，一组拥有生物钟的藻类和另一组生物钟被扰乱的相同藻类，在同种环境下培养一段时间后，生物钟被扰乱的对照组很快就被淘汰出局。
所以，生物钟的生物学意义就是赋予生物预测环境变化，从而更好地协调内在生命机制的能力，因而演化上呈现优势。
20世纪60年代，美国加州理工学院的已故生物学家西摩·本泽和他的学生罗纳德·科诺普卡通过果蝇DNA的突变筛选，发现了果蝇生物钟基因（period gene，简称per）的存在。1984年，美国波士顿布兰迪斯大学的杰弗里·霍尔和迈克尔·罗斯巴殊团队，以及来自洛克菲勒大学的迈克尔·杨团队，各自独立地从果蝇体内克隆（分离和提取）出了per基因。为了表彰他们在揭示昼夜节律分子机制上做出的贡献，三位科学家被授予2017年诺贝尔生理学或医学奖。