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生物钟是谁定的?

为什么上午做心脏手术的风险比下午要高?
为什么在下午做肝脏手术恢复的更快?
为什么晚上两三点采到的笋味道最鲜?
 
可以说从动物到植物,内部都存在一个昼夜周期的生物钟。
 
由于发现了“控制昼夜节律分子机制”的基因,三位美国科学家分享了2017年的诺贝尔生理学或医学奖。
 
他们用没日没夜的研究,告诉了我们早睡早起有多么重要。
 
“什么时候该做什么事情,关系到生死存亡。”12月10日,苏州大学特聘教授、中国细胞生物学会生物节律分会会长徐璎在上海科协举办的一场科普活动上说,经过288年的研究,我们终于知道了控制生物钟的分子机制,下一步就是成为生物钟的真正掌控者。
 
知道过去为了把握现在,知道我们往何处去。徐璎说,今天我们正在理解内生的昼夜节律是如何决定诸多的生理与行为,我们需要有所准备,成为生物钟的真正掌控者来应对快速的时空变换。
 
人类最早认识到生物钟现象,是通过200多年前法国植物学家对于含羞草昼夜节律的研究,发现昼夜节律并不是对光线的反应,而是一种内在规律。
 
到20世纪60年代,当生物学家们开始探索基因与特定表现型之间的关系时,美国科学家西摩·本哲(Seymour Benzer)和学生罗纳德·科诺普卡(Ronald Konopka)第一次发现了昼夜节律周期不同的两种突变果蝇,第一次把行为与基因联系起来。
 
上世纪80年代,美国遗传学家杰弗里·霍尔(Jeffrey C. Hall)、迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash),以及迈克尔·杨( Michael W. Young)的研究组率先分离出第一个显著影响生物昼夜节律的基因——per基因及其蛋白的功能,从而开启了人类寻找其他核心生物钟基因和理解自我持续振荡产生机理的新时代,他们三人因此获得2017年诺贝尔生理学或医学奖。
 
目前,科学家在哺乳动物中已经发现十多个控制昼夜节律的基因,昼夜节律的分子机制已经比较清楚。例如per基因可以使得果蝇在白天时对体内的一种蛋白质进行编码,使它们聚集,到晚上则进行降解。
 
当per基因有活性的时候,可以合成per mRNA,后者进入细胞质后开始合成per蛋白,per蛋白又会进入细胞核,逐渐积累,抑制per基因的活性。这样就形成了一个抑制性的反馈机制,形成了昼夜节律。
 
生物钟可以说是动植物在长期进化中形成的内在节律,在进化过程中,首先获得生物钟功能的动植物获得了进化优势,而没有生物钟或者违背生物钟的生物,面临的结果就是淘汰甚至死亡。
 
什么时候该做什么事情,关系到生死存亡。
 
而在生物钟形成后,可以不受外在光照的影响。虽然形成动物、植物、真菌、细菌的生物钟的基因各不相同,但其基本机制都是一样的,都是由一个和若干基因相关的自动调节的负反馈循环构成。
 
而大量生物钟基因的发现以及它们广泛作用的阐明,更让我们认识到这种昼夜节律并非是一个简单的“生物钟”,应该更准确理解为“昼夜节律系统”,是信号在复杂网络中相互来回传递。
 
我们体内的生物钟,在一天之中的不同时段,对我们的生理功能进行着非常精准的调节,例如行为、激素水平、睡眠情况、体温,以及新陈代谢等。
 
当科学家测量很多生理指标或行为的时候,会发现这些生理或行为在一天的某个时间会达到最大值,在某个时间又达到最小值,说明昼夜节律影响着集体的许多生理过程和行为。
 
比如为什么上午进行心脏手术危险更高、下午进行肝脏手术恢复更快,就是由于跟凝血有关的基因表达在上下午相差达到上百倍。
 
而且相对于可以变换位置、寻求保护的动物来说,位置相对固定的植物就更需要生物钟去适应外界环境,根据目前的发现,植物中大约有89%基因有生物节律,而在动物中有40%的基因有生物节律。
 
生物节律和昼夜节律的内在联系,是生物进化形成的内在规律,可以独立于外界环境。但生物钟也不是一成不变的,可以随着外界条件变化调节,就像我们人类倒时差,这也是生物在进化过程中形成的功能。
 
目前对于生物钟的研究成果,已经开始应用到很多领域,比如研究如何提高运动员在跨越时区后的运动机能,如何让军人、航天员适应频繁的时区变化,如何让农作物更好的防治病虫害。
 
徐璎说,中国早在古代就关注到了“生物钟”现象,但仅仅停留在描述阶段,没有寻找生物节律背后的基因或根源,没有用科学的方法,特别是没跟上现代分子生物学技术发展的步伐,导致国内虽然有这些观察,没有能够发展成学科。
 
好在近年来,全国已经有几十个大学近百个实验室在致力于生物节律领域及相关的研究,研究水平已经接近世界前沿。
 
不过就在这场活动的互动环节,我们发现了一个奇怪的现象,好几个中年妇女举手问问题,然后拿起话筒就除了感谢嘉宾的精彩演讲之外,还说自己最近看了一套名叫《光明宇宙知识》的书,让他们了解了宇宙,提升了生命格局。
 
联系到这次活动的主题,他们的问题就是,这么复杂精确的生物钟,究竟是谁定的?是不是有更高的智慧,设计了这一切。看来,徐璎刚才讲的东西,他们一点没听进去。
 
搜了一下这本书,原来是一个自称叫光明的人,遵照高维空间亲人们的指示,将宇宙知识传播给地球上的亲人们。书中说,原来地球上的人类是高维空间高智慧人类派到地球上来发展的,人类历史已经有了两亿年,而恐龙才一千三百多年,恐龙就是因为无法创造文明,才被高维空间高智慧人类灭亡的。
 
他们手里拿的那本书,还是北京日报出版社出版的。而且不是科幻小说。
 
这本书他们也给了徐教授一本,但是在回答他们问题时,她只能说,我们学习那么多东西,就是为了能够独立思考。
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