科普：生命時鐘的振盪器——解讀2017諾貝爾生理學或醫學獎成果
新華社北京10月2日電從藍綠藻到真菌、從植物到動物， 地球生命普遍擁有一套內置的時鐘， 以24小時為週期調節生理活動， 以適應我們這顆行星的自轉和晝夜變化。 獲得2017年諾貝爾生理學或醫學獎的三位科學家， 在分子水準上揭示了生命時鐘怎樣“滴答”走動。
含羞草葉子在黑暗中仍按晝夜規律開閉， 向日葵在太陽尚未升起時已經朝向東方， 人在亮如白晝的辦公室裡待到半夜照樣犯困——生物的自然節律並不依賴於外界條件刺激， 而是由某種內在機制掌控。
那麼在生物體裡， 這個振盪器是什麼？
人們很早就發現生物節律特徵可以遺傳， 隨著分子生物學發展， 科學界逐漸提出“生物鐘基因”的設想。 20世紀70年代， 美國加州理工學院的西摩·本澤和羅奈爾得·科諾普卡用果蠅做實驗， 篩選相關的基因突變。
果蠅的破蛹羽化有著特定節律， 野生品種只在一天的特定時刻出蛹， 週期是24小時。 科諾普卡等人培養並篩選出了週期更長或更短， 甚至沒有週期的果蠅， 發現它們在基因組的同一區域發生突變， 從而定位到了生物鐘基因， 命名為“週期”基因。 但限於技術發展水準， 人們當時無法弄清這個基因的代碼序列，
1984年， 三名美國科學家， 傑佛瑞·霍爾、邁克爾·羅斯巴什和邁克爾·揚克隆出了“週期”基因， 並把它編碼的蛋白質命名為PER。 他們發現， 果蠅體內的PER蛋白質濃度有規律地變動， 振盪週期正是24小時。 至此， 人們找到了生物鐘的“振盪器”， 看到了它的振盪， 接下來就是弄清工作原理。
霍爾和羅斯巴什提出了一個“負反饋”機制：PER蛋白質濃度上升會抑制“週期”基因的活動， 阻止基因製造出更多的PER蛋白質， 導致濃度回落。 這就好比攢下幾個錢後， 人就不繼續工作掙錢了。
抑制基因活動必須在細胞核裡進行， 而PER蛋白質自身無法進入細胞核， 需要另一種蛋白質的協助， 即揚於1994年發現的第二個生物節律基因“無時”，
此後還發現了其他幾個相關基因， 涉及到PER蛋白質的降解、“週期”基因的啟動等， 與前兩種基因共同構成“轉錄翻譯反饋回路”（TTFL）， 這就是果蠅生物鐘的核心振盪機制。
如果把PER蛋白質比擬成錢、“週期”基因的運作比擬成勞動， 那麼TIM蛋白質就可以比作消費欲望， 其他基因分別是消費行為、工作動力等等， 整個振盪過程可以想像成工薪族錢包鼓起來又癟下去的週期性變動。
時隔30多年後， 霍爾、羅斯巴什和揚因為這一研究發現最終摘獲諾獎。 霍爾在獲獎後接受美聯社採訪時說， 弄清這一機制有助於解決因晝夜節律紊亂導致的睡眠問題。
編輯：王浩程