「微活動」上海科協大講壇解讀諾獎——生命旋律的曲線美

生命旋律的曲線美——解讀2017年諾貝爾生理或醫學獎

2017年12月10日, 邁克爾·莫里斯·羅斯巴什（Michael Rosbash） 和 邁克爾·沃倫·揚（Michael W. Young）， 以獎勵他們對於“控制晝夜節律分子機制”的發現。

生物節律一直是作家和詩人們樂衷的主題， 在藝術家們的眼裡， 太陽、月亮、星星主宰了整個地球的生活方式， 人類則日出而作， 日入而息， 和諧又浪漫。 而科學家們卻一直試圖在揭示機體能夠適應這個旋轉的星球又能夠預知這種變化的那座精密的生物鐘的秘密。

人類最初是從植物的週期性行為的認識而開啟對生物鐘認識的。 一位名叫讓•雅克•德邁朗的法國植物學家，

通過觀察碗櫥裡含羞草的律動， 發現在含羞草的“主觀黑夜”裡， 它的葉子打蔫；而在含羞草的“主觀白天”裡， 葉子又會重新挺起， 這一發現描述了葉子在不變條件下活動的持續性。 這個簡單的實驗第一次證明了晝夜節律並不是對光線變化的一種反應， 而是一種內在的規律， 或者更正式地說是“內生”(endogenous)的， 可以說這是人類第一次識別植物的一種晝夜節律。 在隨後的觀察中， 發現越來越多的動植物存在這種近似24小時的節律。 不過， 真正的科學是不能夠簡單地將各種觀察和具體的描繪認定為就是研究的進展， 科學需要尋找表像之後的共同機制和一般原理。 到20世紀60年代， 生物學家們已經開始探索基因與特定的表現型之間的關係。 西摩•本澤和他的學生羅奈爾得•科諾普卡， 他們想瞭解的是某種特定的行為是否由不同的基因決定的。 在1971年， 他們發現了兩種突變體， 一種短週期和另外一種長週期的果蠅， 因此命名為“週期基因（per）”， 第一次將行為與基因聯繫起來， 在節律的分子機制研究方面走出了最為重要的第一步。 基因的一切功能就是給蛋白質編碼。 而蛋白質則完成有機體的絕大部分功能， 如果per真的存在的話， 那麼就一定有一種相應的蛋白質PER。 然而， 這種蛋白質是什麼呢？它在哪裡？它的功能又是什麼？在70年代要回答這些問題還相當困難。 最終在80年代由美國布蘭達斯大學（Brandeis University）的分子生物學教授羅斯巴什（Michael Rosbash）組、遺傳學教授Jeffrey Hall（Jeff Hall）組和洛克菲勒大學的Michael Young（楊邁克）組證明和明確這個基因和蛋白的功能， 從此開啟了尋找其它核心生物鐘基因和理解自我持續振盪產生機理的新時代。 他們三人因此發現而獲得了本年度的諾貝爾生理學或醫學獎。

現在我們知道， 形成動物、植物、真菌和細菌的生物鐘的基因似乎各不相同， 但其基本機制卻是一樣的， 都是由一個和若干基因有關的自動調節的負反饋迴圈構成。 而大量生物鐘基因的發現以及他們廣泛作用的闡明， 更讓我們認識到這種晝夜節律並非是一個簡單的“生物鐘”， 應該更準確理解為“晝夜節律系統”， 是信號在複雜網路中相互來回傳遞。

當我們測量大部分生理指標或行為的時候，

會發現這些生理或行為在某個時候會具有最大值而在另一個時候又具有最小值， 所以可以說晝夜節律系統影響機體的各個生理過程和行為。 隨著科技發展， 當代社會已經進入時空變換極度快速的階段。 這種快速的時空變換會導致晝夜節律紊亂， 產生眾多的社會病症， 諸如晝夜節律紊亂導致的睡眠、代謝相關疾病正在逐漸增加， 也會影響免疫功能、腫瘤的發生發展等。 人不同於其他生物， 通過科學的指引， 今天的我們正在理解內生的晝夜節律是如何決定自身諸多的生理與行為。 因為， 內生晝夜節律可以令人類將時間的安排優化到瞬間行為。 所以， 我們需要有所準備， 成為生物鐘的真正掌控者來應對新的極度快速的時空變換。

中國人很早就關注到“時辰”、“子午流注”、“陰陽中的此消彼長”等概念， 觀察也很仔細， 也有過相關描述甚至應用。 但可惜的是， 這些探索僅僅停留在描述階段， 沒有尋找生物節律背後的基因或根源， 沒有用科學的方法， 特別是沒跟上現代分子生物學技術發展的步伐， 導致國內雖然有這些觀察， 而沒有能夠發展成學科。 近年來， 全國已經有幾十個大學近百個實驗室在致力於生物節律領域及相關的研究， 研究水準已經接近世界前沿。

嘉賓簡介

主持人

楊雄裡院士

楊雄裡，中國科學院院士（1991年），發展中國家科學院院士（2006年）。神經生物學家。畢業于上海科技大學。1982年在日本獲學術博士學位。復旦大學教授， 腦科學協同創新中心主任，腦科學研究院學術委員會主任，“辭海”副總主編，“Progress in Neurobiology”國際顧問編委。國內外多所大學榮譽教授或客座教授。曾任中國科學院上海生理研究所所長（1988~1999），中國生理學會理事長（1998~2002），《生理學報》主編（1988~2002），《中國神經科學雜誌》主編（1996~2005），973專案《腦功能和腦重大疾病的基礎研究》首席科學家（1999~2004），神經生物學研究所所長（2000~2010），腦科學研究院院長（2006~2009）在視網膜中信號傳遞處理及其機制研究方面取得了若干重要成果，已發表學術論文250餘篇，專著、譯著多冊，曾獲中科院自然科學一等獎、教育部自然科學一等獎、上海市自然科學獎一等獎，何梁何利科技進步獎，上海市科技精英（1991）。

主講人

徐 瓔

徐瓔，蘇州大學特聘教授，中國細胞生物學會生物節律分會長，劍橋—蘇大基因組資源中心主任，研究方向為晝夜節律系統與機體穩態。

1985年畢業于上海醫科大學藥理學專業，1996年獲得日本琦玉醫科大學病理學博士，2001年獲得東京大學細胞生物學博士。是國家傑出青年基金獲得者，重大科學研究計畫首席科學家，英國皇家學會牛頓高級研究學者。中國細胞學會生物節律分會會長，中國睡眠研究會理事。

主要圍繞晝夜節律的分子機制及其生理功能展開了系統性研究。在機制方面，通過尋找新的晝夜節律分子，揭示了維持晝夜節律長短與穩定的原理。通過研究突變基因，建立了生物鐘與睡眠相位、攝食時間等關係。其成果以第一或通訊作者發表在Nature, Cell, EMBOJ, PNAS, Cell Reports, eLife等重要雜誌上，為系統性理解生物鐘對生理、行為的調控，建立了一定的基礎。另外她組建了劍橋-蘇大基因組資源中心，通過與英國Sanger Institute合作，將71萬株小鼠突變幹細胞，覆蓋13000多個基因的突變細胞資源庫引進中國，實現了亞歐鏡像資源，成為英國和蘇大共建的小鼠突變幹細胞資源庫。

嘉賓

張二荃

張二荃，研究員，博士研究生導師。1994年獲華東師範大學環境科學專業理學學士，1997年獲復旦大學生物化學專業理學碩士，2004年獲美國加州大學聖地牙哥分校UCSD分子病理專業哲學博士；之後分別在美國加州Scripps研究所及諾華製藥加州聖地牙哥研究院GNF從事博士後研究。自2011年3月起受聘為北京生命科學研究所研究員，同年10月入選國家首批“青年千人計畫”；2012年3月入選北京市“海聚計畫”，並獲聘“北京市特聘專家”；2014年當選北京生物工程學會理事；2015年起當選中國細胞生物學會生物節律分會副會長；受聘協和醫學院、北京師範大學、中國農業大學等兼職教授和博士生導師。

主要從事哺乳動物生物節律的機理、機制研究。共發表SCI論文30多篇，其中包括第一作者或通訊作者論文發表在Cell，Nature Reviews Molecular Cell Biology, Nature Medicine，Cell Metabolism, PNAS等國際著名研究雜誌。

媒體記者

吳躍偉

吳躍偉，澎湃新聞記者。中科院上海生命科學研究院碩士畢業，進入東方早報，籌備科學副刊。隨後，參與籌備澎湃新聞科學和醫療及環保欄目——綠政公署。2014年7月，澎湃新聞正式上線，先後擔任記者、編輯職務，采寫“對話諾獎得主理查-羅伯茨、蘭迪-謝克曼，談轉基因安全性和簽名事件”，“不談復活，現在能完好凍存人體嗎”、“Car-T新藥”、“魏則西事件與腫瘤免疫療法”等稿件。

點擊“閱讀原文”報名

楊雄裡，中國科學院院士（1991年），發展中國家科學院院士（2006年）。神經生物學家。畢業于上海科技大學。1982年在日本獲學術博士學位。復旦大學教授， 腦科學協同創新中心主任，腦科學研究院學術委員會主任，“辭海”副總主編，“Progress in Neurobiology”國際顧問編委。國內外多所大學榮譽教授或客座教授。曾任中國科學院上海生理研究所所長（1988~1999），中國生理學會理事長（1998~2002），《生理學報》主編（1988~2002），《中國神經科學雜誌》主編（1996~2005），973專案《腦功能和腦重大疾病的基礎研究》首席科學家（1999~2004），神經生物學研究所所長（2000~2010），腦科學研究院院長（2006~2009）在視網膜中信號傳遞處理及其機制研究方面取得了若干重要成果，已發表學術論文250餘篇，專著、譯著多冊，曾獲中科院自然科學一等獎、教育部自然科學一等獎、上海市自然科學獎一等獎，何梁何利科技進步獎，上海市科技精英（1991）。

主講人

徐 瓔

徐瓔，蘇州大學特聘教授，中國細胞生物學會生物節律分會長，劍橋—蘇大基因組資源中心主任，研究方向為晝夜節律系統與機體穩態。

1985年畢業于上海醫科大學藥理學專業，1996年獲得日本琦玉醫科大學病理學博士，2001年獲得東京大學細胞生物學博士。是國家傑出青年基金獲得者，重大科學研究計畫首席科學家，英國皇家學會牛頓高級研究學者。中國細胞學會生物節律分會會長，中國睡眠研究會理事。

主要圍繞晝夜節律的分子機制及其生理功能展開了系統性研究。在機制方面，通過尋找新的晝夜節律分子，揭示了維持晝夜節律長短與穩定的原理。通過研究突變基因，建立了生物鐘與睡眠相位、攝食時間等關係。其成果以第一或通訊作者發表在Nature, Cell, EMBOJ, PNAS, Cell Reports, eLife等重要雜誌上，為系統性理解生物鐘對生理、行為的調控，建立了一定的基礎。另外她組建了劍橋-蘇大基因組資源中心，通過與英國Sanger Institute合作，將71萬株小鼠突變幹細胞，覆蓋13000多個基因的突變細胞資源庫引進中國，實現了亞歐鏡像資源，成為英國和蘇大共建的小鼠突變幹細胞資源庫。

嘉賓

張二荃

張二荃，研究員，博士研究生導師。1994年獲華東師範大學環境科學專業理學學士，1997年獲復旦大學生物化學專業理學碩士，2004年獲美國加州大學聖地牙哥分校UCSD分子病理專業哲學博士；之後分別在美國加州Scripps研究所及諾華製藥加州聖地牙哥研究院GNF從事博士後研究。自2011年3月起受聘為北京生命科學研究所研究員，同年10月入選國家首批“青年千人計畫”；2012年3月入選北京市“海聚計畫”，並獲聘“北京市特聘專家”；2014年當選北京生物工程學會理事；2015年起當選中國細胞生物學會生物節律分會副會長；受聘協和醫學院、北京師範大學、中國農業大學等兼職教授和博士生導師。

主要從事哺乳動物生物節律的機理、機制研究。共發表SCI論文30多篇，其中包括第一作者或通訊作者論文發表在Cell，Nature Reviews Molecular Cell Biology, Nature Medicine，Cell Metabolism, PNAS等國際著名研究雜誌。

媒體記者

吳躍偉

吳躍偉，澎湃新聞記者。中科院上海生命科學研究院碩士畢業，進入東方早報，籌備科學副刊。隨後，參與籌備澎湃新聞科學和醫療及環保欄目——綠政公署。2014年7月，澎湃新聞正式上線，先後擔任記者、編輯職務，采寫“對話諾獎得主理查-羅伯茨、蘭迪-謝克曼，談轉基因安全性和簽名事件”，“不談復活，現在能完好凍存人體嗎”、“Car-T新藥”、“魏則西事件與腫瘤免疫療法”等稿件。

點擊“閱讀原文”報名