作者 | Kate Bredbenner
編譯 | 孫麗君
2017年的諾貝爾生理醫學獎頒發給邁克爾·楊、傑佛瑞·霍爾和邁克爾·羅斯巴什博士， 以表彰他們對晝夜節律分子機理的發現。
我不是諾貝爾獎評選委員會的成員， 不能準確說出這項工作脫穎而出的原因。 但我能告訴你這項研究是什麼， 以及它為什麼完全配得上諾貝爾獎。
我們遵循著一定的生物鐘， 清晨在某個時刻醒來， 開始一天的生活， 某時會感到饑餓， 某時工作效率特別高， 某時犯困， 某時入睡。 第二天醒來度過類似的一天。
並不只有人類表現出這樣的行為， 每一種動物和植物都這樣生活著。 地球上的生物都以24小時為週期進行活動和休息， 這就是晝夜節律。
不可思議的是， 即使在全黑的情況下我們依然會不自覺地照此週期生活。 那麼， 在沒有太陽的情況下， 我們的身體是怎麼辨別白天和黑夜的呢？
三位諾獎獲得者有同樣的疑問， 為了回答這個問題， 他們用一種非常簡單且常見的昆蟲——果蠅， 來做實驗。
科學家們對影響果蠅晝夜節律的一個叫做period的基因進行操作（後文簡稱為per基因）， 使其發生突變。 其中一個突變導致生物週期縮短到19個小時， 另一個突變使其延長到29個小時， 最後一個突變則完全打破了晝夜節律， 果蠅的活動和休息呈現出完全隨機的狀態。
但這個基因在晝夜節律中到底是怎麼起作用的呢？它會編碼相關的蛋白質嗎？如果是這樣， 這些蛋白又是怎麼影響晝夜節律的呢？這些蛋白存在果蠅的哪些細胞裡？還是只存在於果蠅的個別細胞中？最終它是怎麼改變生物週期的呢？
在1988年， 這些問題部分得到了解決， 一篇文章揭示出， PER蛋白分佈在果蠅的全身， 存在於細胞核中。 並且它在夜晚的表達比白天還多！這個發現似乎暗示著PER蛋白也在進行著晝夜週期性表達。 科學家們因此提出了一個新的想法：或許PER蛋白可以關掉自己的基因表達,從而實現週期性。
基因編碼的蛋白同時是基因表達的開關， 這是控制基因表達最早的方式之一。 研究者們認為PER蛋白關掉自身的表達， 可以使蛋白數量呈現週期性的變化， 就像車過熱的時候引擎會熄滅， 一旦冷卻下來， 你就可以重新啟動它， 形成一個小巧的反饋回路。
在接下來的四年裡，
PER蛋白和TIM蛋白結合之後， 可以轉移到細胞核中， 抑制per基因的表達。 沒有TIM蛋白的輔助， PER蛋白不能進入到細胞核中。
但PER蛋白和TIM蛋白還不足以解釋晝夜節律，謎題的最後一塊拼圖在1998年被解開：doubletime基因被發現（後文簡稱為dbt基因）。DBT蛋白可以降低PER蛋白的穩定性，延遲PER蛋白的累積。
所以調控生物週期的整個過程是這樣的。首先，per基因編碼PER蛋白，但DBT蛋白反過來限制著PER蛋白的穩定性，所以PER蛋白不會過快累積，PER蛋白在TIM蛋白的輔助下進入到細胞核中，關閉自身基因表達。但一旦PER蛋白數量過低，整個過程開始循環往復。
在發現DBT蛋白之後，人們完全掌握了晝夜節律的分子層面大致內容，與此同時科學家們仍在致力於解開其中的細節，以及晝夜節律對人體其它方面的影響。由於邁克爾·楊、傑佛瑞·霍爾和邁克爾·羅斯巴什博士的工作，晝夜節律在分子層面不再是一個秘密。
但要真正瞭解這項工作為什麼這麼特別，必須要瞭解他們做出這項工作的時間。
DNA模型在1953年被破解，但直到13年後，也就是1966年，人類才理解A/T/C/G的含義，正是它們編碼組成蛋白的氨基酸分子。
在70年代，人類克隆了第一個動物基因，發明出DNA片段測序方法，直到1983年才發明出一種快速複製DNA的方式——聚合酶鏈式反應，簡稱PCR。
分子生物學不斷向前發展，但要弄明白一個物理行為由哪些基因決定，仍存在巨大困難，更不用說破解像晝夜節律這麼複雜的行為。
事實上，在80和90年代發現晝夜節律的分子機理是不可思議的一件事。生物週期對人體健康有很大影響，每當我們乘坐飛機快速行駛，時區發生改變的時候，就會感覺到生物週期變得不正常。
諾貝爾獎獲得者們的這項工作非常出色，這是一個非常美妙的反饋回路，完美地呼應著地球的白天和黑夜，這項工作誕生在分子生物學和基因技術的起步階段，令人印象更加深刻。
祝賀2017年諾貝爾生理醫學獎的獲得者們！對我而言，我只想提一個問題：能不能有一天不需要倒時差？
關於“墨子沙龍”
墨子沙龍是由中國科學技術大學主辦、上海浦東新區科學技術學會協辦，以上海研究院為基地的公益性大型科普論壇，沙龍的科普物件為對科學有濃厚興趣，熱愛科普的民眾，力圖打造具有中學生學力便可以瞭解當下全球最尖端科學資訊的科普講壇。
但PER蛋白和TIM蛋白還不足以解釋晝夜節律，謎題的最後一塊拼圖在1998年被解開：doubletime基因被發現（後文簡稱為dbt基因）。DBT蛋白可以降低PER蛋白的穩定性，延遲PER蛋白的累積。
所以調控生物週期的整個過程是這樣的。首先，per基因編碼PER蛋白，但DBT蛋白反過來限制著PER蛋白的穩定性，所以PER蛋白不會過快累積，PER蛋白在TIM蛋白的輔助下進入到細胞核中，關閉自身基因表達。但一旦PER蛋白數量過低，整個過程開始循環往復。
在發現DBT蛋白之後，人們完全掌握了晝夜節律的分子層面大致內容，與此同時科學家們仍在致力於解開其中的細節，以及晝夜節律對人體其它方面的影響。由於邁克爾·楊、傑佛瑞·霍爾和邁克爾·羅斯巴什博士的工作，晝夜節律在分子層面不再是一個秘密。
但要真正瞭解這項工作為什麼這麼特別，必須要瞭解他們做出這項工作的時間。
DNA模型在1953年被破解，但直到13年後，也就是1966年，人類才理解A/T/C/G的含義，正是它們編碼組成蛋白的氨基酸分子。
在70年代，人類克隆了第一個動物基因，發明出DNA片段測序方法，直到1983年才發明出一種快速複製DNA的方式——聚合酶鏈式反應，簡稱PCR。
分子生物學不斷向前發展，但要弄明白一個物理行為由哪些基因決定，仍存在巨大困難，更不用說破解像晝夜節律這麼複雜的行為。
事實上，在80和90年代發現晝夜節律的分子機理是不可思議的一件事。生物週期對人體健康有很大影響，每當我們乘坐飛機快速行駛，時區發生改變的時候，就會感覺到生物週期變得不正常。
諾貝爾獎獲得者們的這項工作非常出色，這是一個非常美妙的反饋回路，完美地呼應著地球的白天和黑夜，這項工作誕生在分子生物學和基因技術的起步階段，令人印象更加深刻。
祝賀2017年諾貝爾生理醫學獎的獲得者們！對我而言，我只想提一個問題：能不能有一天不需要倒時差？
關於“墨子沙龍”
墨子沙龍是由中國科學技術大學主辦、上海浦東新區科學技術學會協辦，以上海研究院為基地的公益性大型科普論壇，沙龍的科普物件為對科學有濃厚興趣，熱愛科普的民眾，力圖打造具有中學生學力便可以瞭解當下全球最尖端科學資訊的科普講壇。