什么是生物钟?它是怎么知道一天有24小时的?

日前,2018年的诺贝尔生理学或医学奖刚刚尘埃落定,而2017年的这个奖,则被授予了3位美国科学家,以表彰他们发现“生物体昼夜节律的分子机制” 。

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他们研究发现,当人的生物钟与地球旋转保持同步时,最为健康 。

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那么,问题来了,“生物钟”到底是个什么东东呢?为什么会有这样的现象呢?

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今天我们就给大家来简单地科普一下 。
“生物钟”它到底是什么?
生物钟,它好比我们身体内的一种无形的“时钟”,实际上是生物体生命活动的内在节律性,它是由生物体内的时间结构序所决定 。

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生物钟控制着我们的昼夜作息,控制着我们的生理状态适应个环境 。生物钟预期并调控我们的生理以适应日常中的不同阶段 。

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【什么是生物钟?它是怎么知道一天有24小时的?】合理的生物钟有助于调节睡眠模式、饮食行为、激素释放、血压和体温 。所谓生物钟,通俗的讲就是让我们在正确的时间做正确的事情,这些也与我们的幸福和健康息息相关 。

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发现生物钟基因的奥秘
在我们生理机制的众多复杂过程都有生物钟的影响 。

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1971年,美国加州理工学院的教授Seymour Benzer和他的学生RonaldKonopka以果蝇为模型,研究可以控制果蝇昼夜节律的基因 。他们证实了一个未知基因的变异可以破坏果蝇的生物钟 。后来,纽约洛克菲勒大学的Michael Young教授成功分离出这个“周期”(Period)基因,简称Per基因 。
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果蝇
1984年,波士顿的布兰迪斯大学的Jeffrey Hall 和Michael Rosebush与纽约洛克菲勒大学的 Michael Young教授合作研究果蝇来解释生物钟是如何运作的 。后来成功分离出这个“周期”(Period)基因,PER蛋白浓度在24小时周期中波动,和昼夜节律同步 。

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发现Per基因是人们认识生物钟的一个良好开端,但是只靠这个基因还是无法解释为何人体具有24小时节律以及在白昼和黑夜有不同的行为的机理 。

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后来,Michael Young的又一项研究揭开了其中的奥秘,他发现了又一个生物节律基因,称为DBT基因,DBT蛋白又可延迟Per蛋白的积累,因此,让Per蛋白增加和减少的周期固定在24小时左右 。

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1994年,在美国芝加哥北郊西北大学工作的日裔科学家Joseph S. Takahashi用老鼠实验,发现了哺乳动物的生物时钟基因——Clock基因,才比较完整地解释了人和动物的生物钟 。

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综上,哺乳动物的生物时钟是由Clock基因和蛋白、Per基因和蛋白、Tim基因和蛋白、DBT基因和蛋白这4种基因和蛋白共同作用,形成了人24小时生物节律 。如果这些基因突变后,会致使我们的生活规律变得混乱不堪,甚至让其昼夜节律完全消失,成为一个“熬夜狂魔” 。

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