科普：生命時(shí)鐘的振蕩器——解讀2017諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎成果

　　新華社北京10月2日電(記者王艷紅)從藍(lán)綠藻到真菌、從植物到動物，地球生命普遍擁有一套內(nèi)置的時(shí)鐘，以24小時(shí)為周期調(diào)節(jié)生理活動，以適應(yīng)我們這顆行星的自轉(zhuǎn)和晝夜變化。獲得2017年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的三位科學(xué)家，在分子水平上揭示了生命時(shí)鐘怎樣“滴答”走動。

　　含羞草葉子在黑暗中仍按晝夜規(guī)律開閉，向日葵在太陽尚未升起時(shí)已經(jīng)朝向東方，人在亮如白晝的辦公室里待到半夜照樣犯困——生物的自然節(jié)律并不依賴于外界條件刺激，而是由某種內(nèi)在機(jī)制掌控。鐘表的核心元件是振蕩器，比如鐘擺、機(jī)械振子或石英電路，它們產(chǎn)生穩(wěn)定的周期性振動。

　　那么在生物體里，這個(gè)振蕩器是什么？

　　人們很早就發(fā)現(xiàn)生物節(jié)律特征可以遺傳，隨著分子生物學(xué)發(fā)展，科學(xué)界逐漸提出“生物鐘基因”的設(shè)想。20世紀(jì)70年代，美國加州理工學(xué)院的西摩·本澤和羅納德·科諾普卡用果蠅做實(shí)驗(yàn)，篩選相關(guān)的基因突變。

　　果蠅的破蛹羽化有著特定節(jié)律，野生品種只在一天的特定時(shí)刻出蛹，周期是24小時(shí)。科諾普卡等人培養(yǎng)并篩選出了周期更長或更短，甚至沒有周期的果蠅，發(fā)現(xiàn)它們在基因組的同一區(qū)域發(fā)生突變，從而定位到了生物鐘基因，命名為“周期”基因。但限于技術(shù)發(fā)展水平，人們當(dāng)時(shí)無法弄清這個(gè)基因的代碼序列，因?yàn)榭寺」塂NA的技術(shù)于70年代晚期才出現(xiàn)。

　　1984年，三名美國科學(xué)家，杰弗里·霍爾、邁克爾·羅斯巴什和邁克爾·揚(yáng)克隆出了“周期”基因，并把它編碼的蛋白質(zhì)命名為PER。他們發(fā)現(xiàn)，果蠅體內(nèi)的PER蛋白質(zhì)濃度有規(guī)律地變動，振蕩周期正是24小時(shí)。至此，人們找到了生物鐘的“振蕩器”，看到了它的振蕩，接下來就是弄清工作原理。

　　霍爾和羅斯巴什提出了一個(gè)“負(fù)反饋”機(jī)制：PER蛋白質(zhì)濃度上升會抑制“周期”基因的活動，阻止基因制造出更多的PER蛋白質(zhì)，導(dǎo)致濃度回落。這就好比攢下幾個(gè)錢后，人就不繼續(xù)工作掙錢了。

　　抑制基因活動必須在細(xì)胞核里進(jìn)行，而PER蛋白質(zhì)自身無法進(jìn)入細(xì)胞核，需要另一種蛋白質(zhì)的協(xié)助，即揚(yáng)于1994年發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)生物節(jié)律基因“無時(shí)”，其編碼的蛋白質(zhì)被稱為TIM。PER蛋白質(zhì)濃度比較高時(shí)，能與TIM蛋白質(zhì)結(jié)合，從而獲得進(jìn)入細(xì)胞核的“通行證”。

　　此后還發(fā)現(xiàn)了其他幾個(gè)相關(guān)基因，涉及到PER蛋白質(zhì)的降解、“周期”基因的啟動等，與前兩種基因共同構(gòu)成“轉(zhuǎn)錄翻譯反饋回路”(TTFL)，這就是果蠅生物鐘的核心振蕩機(jī)制。

　　如果把PER蛋白質(zhì)比擬成錢、“周期”基因的運(yùn)作比擬成勞動，那么TIM蛋白質(zhì)就可以比作消費(fèi)欲望，其他基因分別是消費(fèi)行為、工作動力等等，整個(gè)振蕩過程可以想像成工薪族錢包鼓起來又癟下去的周期性變動。

　　時(shí)隔30多年后，霍爾、羅斯巴什和揚(yáng)因?yàn)檫@一研究發(fā)現(xiàn)最終摘獲諾獎。霍爾在獲獎后接受美聯(lián)社采訪時(shí)說，弄清這一機(jī)制有助于解決因晝夜節(jié)律紊亂導(dǎo)致的睡眠問題。

（原標(biāo)題：生命時(shí)鐘的振蕩器——解讀2017諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎成果）

來源：http://www.chinanews.com/gj/2017/10-03/8345942.shtml