人为何有生老病死、会昼出夜归？诺奖获得者给出答案

人生老病死、昼出夜归，这些都是生物的节律。这些现象很平常，但分子机制却非常复杂，弄清了个中原理，才能更好地适应生物规律。

▲荣膺诺奖的三位美国遗传学家：杰弗理·霍尔（Jeffrey Hall）、迈克尔·罗斯巴希（Michael Rosbash）和迈克尔·杨（Michael Young）。

文/张田勘

10月2日，2017年诺贝尔奖最先揭晓的生理学或医学奖获奖名单公布，该奖将授予杰弗里·霍尔（Jeffrey C.Hall）、迈克尔·罗斯巴什（Michael Rosbash）和迈克尔·杨（Michael W.Young），以鼓励他们发现人体生物钟的分子机制。

今年的诺贝尔生理学或医学奖3名获奖者，其实也曾被2013年邵逸夫奖的生命科学与医学奖“照拂”，当时就是为了表彰他们在昼夜节律的分子机制方面的发现。生物节律主宰人的行为，其学术价值不言而喻，而获得当今世界上最高的科学荣誉诺奖的“垂青”，则更凸显了其重要性。

春去秋来，潮涨潮落；花开花谢，夜去昼来……所有这些，都是自然和生物的节律。如果说，地球自转和公转产生春夏秋冬、潮涨潮落的周期可以理解，那为何包括人在内的生物行为会有节律？

这就要从地球起源和环境演化去找原因。20世纪初，德国医生威廉·弗里斯和奥地利心理学家赫乐曼斯·沃博达宣称，人的体力存在着一个以23天为一周期的“体力盛衰周期”；人的情感和精神状况也存在着以28天为一周期的“情绪波动周期”。20年后，奥地利的阿尔弗雷德·特尔切尔教授也称发现了人的智力存在着一个从出生之日起以33天为一个周期的“智力强弱周期”。后来人们称其为“人体生物三节律”，即PSI周期（Physical、Sensitive和Intellectual的缩写）。

但直到1971年，才有科学家从生物的分子和功能中发现端倪。罗纳德·科诺普卡和西莫尔·本泽尔发现果蝇体内的Period基因（per）产生不同突变后，会致使果蝇本来按部就班的生活规律变得混乱不堪，如导致果蝇昼夜节律的周期或变短或变长，甚至让其昼夜节律消失。

但这仍不能完全解释为何这个基因会主宰果蝇的有规律的行为。1984年，三位美国学者——也就是此次获诺奖的这三人，先后独立地克隆了per基因，才开始深入地揭示生物节律的机制。

▲三人合照。图源：新华社。

霍尔和罗斯巴什发现，per基因编码的蛋白（per蛋白）是种转录抑制因子，通过抑制该基因的表达产生了约24小时的节律。迈克尔·杨则于1994年获得更大的突破，发现了另一个决定生物节律的生物时钟基因tim（Timeless）。当tim蛋白与PER蛋白结合在一起后，能进入到细胞核中阻断per基因的活性，让这个抑制反馈回路得以循环往复。

这些基因也存在于人体。生物节律基因的发现让人们更加懂得，人的生老病死是种节律，人们按24小时和昼作夜息的规律安排生活和工作，同样是符合生物节律。

人体的生物节律也决定着体内多种激素的分泌，共同调控人的行为，例如到夜晚，松果体分泌褪黑激素增多，帮助人们安然入睡。而且，分泌褪黑激素也能调整时差，纾解压力，解决情绪失调，并且是一种很强的抗氧化物，能中和并清除自由基。所以褪黑激素也被视为一种生物时钟。

虽然生物节律的分子机制非常复杂，但是其反映的机理，却是基础的、常识性的，即如何适应规律和按规律办事。那当人类进入信息时代，人们彻夜工作挑战生物节律和生物时钟之时，是否在朝演化的逆方向而行？这类问题，最终也得从生物节律研究中找寻答案。