昼夜节律,可不仅仅是让你好好睡觉那么简单。
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在18世纪,有一位天文学家,叫Jean-Jacques d’Ortous de Mairan。
他发现,白天时含羞草会打开叶片,到了黄昏时,叶片会合起来。当然,这不算什么,因为我小时候也发现了,但是我只会用手去碰含羞草,看它合起叶片的样子。
Mairan就是不相同,他在想,如果将含羞草持续放在黑暗的环境中会怎样?结果发现,含羞草的叶片还是在白天打开,黄昏时关闭。这意味着,含羞草有着自己的昼夜节律。
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动物和人体当然也有自己的昼夜节律,而且,人们相信,昼夜节律也是受到基因控制的,后来,科学家在果蝇身上发现,某段基因的突变会干扰果蝇的昼夜节律钟,于是科学家暂时把这个基因命名为“period”。
1984年,科学家Jeffrey Hall、Michael Rosbash和Michael Young进行合作,成功分离出了这个“period基因”。再后来,他们发现这个“period基因”会编码一种蛋白,科学家给它取了个名字,叫做:PER。
PER蛋白很神奇。
夜晚时,它会在细胞中积累,白天时会发生降解。也就是说,PER蛋白的水平会在24小时循环波动,和昼夜节律同步。
下一个问题是,PER蛋白的这种波动是怎么产生的?或者说,谁在控制它的水平变化?
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在生理上,很多分子水平的变化是利用了一个叫做“负反馈”的机制。比如:A让B生成增多,B让C生成增多,如果C多到一定程度,反过来会抑制A,让B的生成减少,进而控制C的水平。这个负反馈非常智能和自动化,可以让体内的各种激素水平维持在一个平衡的状态。
PER蛋白的这种波动是不是也有这种负反馈呢?
先别管有没有,先假设它有,然后去验证一下看看。
Jeffrey Hall和Michael Rosbash就是这么做的。他们假设,PER蛋白会阻断period基因的活性,通过一种抑制反馈回路来抑制自身的合成,进而起到调节PER蛋白水平的作用。
后来,这两位大神发现,夜晚时,PER蛋白真的能够在细胞核中积累。
大晚上的,PER蛋白跑去细胞核那干嘛呢?细胞核可是period基因的“寝宫”啊。看来,还真是去抑制period基因了。问题是,一个蛋白质,是怎么能到达细胞核的呢?
答案是:“翻墙”。
1994年,Michael Young又发现了第二个时钟基因:timeless。这个基因能够编码一种非常关键的蛋白:TIM蛋白。
TTM蛋白就是帮助PER蛋白“翻墙”进入细胞核的那根“绳子”。
研究发现,当TIM同PER一起绑定后,两种蛋白就会进入到细胞核中,然后,在细胞核中阻断period基因的活性。最终实现PER蛋白的昼夜浓度波动。
基于这些划时代的发现,上述3位科学家在2017年获得诺贝尔生理学或医学奖。诺奖的分量你懂的,这意味着昼夜节律对生命的意义远超出人类的想象。没错,昼夜节律,可不仅仅是让你好好睡觉那么简单。
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