几天前诺贝尔生物医学奖(Nobel Prize in Physiology or Medicine)获奖者揭晓，三位在昼夜节律研究方向上做出卓越贡献的科学家分享了2017年的奖金。这三位科学家分别是美国布兰迪大学的Jeffrey C. Hall， Michael Rosbash和美国洛克菲勒大学的Michael W. Young。他们已经研究昼夜节律几十年了，今年的诺奖是为了表彰他们发现生物体中控制昼夜节律的分子机制。
地球上的生物活动都是有节律的。地球的自转周期是24小时，这一个昼夜被定义成一天，也是昼夜节律的时间基础。牵牛花清晨开花，昙花深夜绽放，雄鸡破晓啼叫，猫头鹰夜间捕食，人类也是日出而作，日落而息。这些昼夜变化常被称为“生物钟”。以上的现象都是我们观察到的表象，而其中的本质到底是什么呢?是什么物质、什么机制在控制着生物钟呢?
起初人们猜想是太阳光在控制生物钟，认为光照会影响生物活动的节奏。那么为了验证这一猜想，有人做了下面的实验：在正常情况下，白天接受自然光的含羞草叶片打开，夜间没有光照的情况下叶片闭合。然而把含羞草放在暗室中，24小时无光照，叶片却也出现了打开然后闭合的情况，仿佛自己带着一块表在身上，关在小黑屋里也知道时间。昼夜节律收外界光照影响的假设不成立，看来生物还是在自身内部有一个生物钟的。
科学家们继续探索，做了大量的实验。果蝇是生物实验里最常见的模式生物，翻翻高中生物教材，大家会看到许多在果蝇上做的遗传学实验。这是因为果蝇繁殖快见效快，又与人类有同源性基因，是物美价廉的实验生物。
经过多年漫长的实验，神秘的面纱被层层揭开，原来昼夜节律是被写在基因里的!跟昼夜节律相关的基因有三段：一是Period基因，控制PER蛋白。这种蛋白在夜间积累，在白天减少，变化的周期刚好是24小时。PER蛋白是如何进入细胞核发挥作用维持浓度的呢?其实它是在Timeless 基因 控制的TIM蛋白帮助下，手拉手的进入细胞核。而他们为什么会有夜间积累、白天减少的浓度变化呢?那是因为Doubletime 基因 控制的DBT蛋白为他们限制了频率。所以这三对基因控制的三对蛋白，有搞调度决定24小时频率的，有搞运输当快递的，一起帮助了PER蛋白显示出了对生物活动的控制。
这个研究成果在医疗健康领域有很大应用。比如治疗失眠。有些老年人睡眠不好，也许是因为体内的三种蛋白的合成和作用出现了紊乱，而这个研究成果会成为寻找靶向药的指导，给未来的研究指明了方向。再者，昼夜节律对人的血压、体温、活动能力、睡眠和荷尔蒙等等都有影响，比如凌晨前是体温最低的时候，傍晚的体温最高;上午是血压增长速度最快，晚上是血压值最高的时段;上午的警觉度最高，下午的协调能力最好等等。有志投身生物领域的同学也可以选择这个作为自己将来的研究方向，为人类健康和生活质量作出贡献!
注：本文图片全部来自诺贝尔奖官方网站
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