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《昼夜节律》:2017年诺贝尔生理医学奖给了“生物钟”

2017-10-04 从余启 我与我们的世界 我与我们的世界

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本期导读时间生物学(chronobiology)又叫生物钟学,即与广为人知的生理时钟有关的一门科学,它的任务是研究生物体内与时间有关的周期性现象,或曰这些现象的时间机制。生物节律是凭经验总结得出的,但有其生理学和分子生物学基础。


根据周期长度,可将生物节律分为四种:


超昼夜节律,即周期比一天长的节律。 例如鸟类的迁徙;季节性的冬眠;与退涨潮相关的半月周期,如银汉鱼只在涨潮时在岸上产卵。


近潮汐节律,即跟随12.5小时的潮汐节律。一些海岸线的动物有这种节律,例如水生的蟹类动物涨潮时才会活动,而生长在岸上的蟹则会在退潮时觅食。


次昼夜节律,其频率超过日频率,就是说一天出现两次以上,这些短于24小时的节律的例子有蝙蝠的捕食周期、成人90分钟睡眠循环、垂体的间歇性荷尔蒙分泌等。


近昼夜节律,为接近24小时长的节律,如人类睡眠和苏醒、植物的叶运动等。


其中,目前为止,人类研究得最彻底的是近昼夜节律,当然主要是因为近昼夜节律比周年节律更明显,但更重要的是近昼夜节律对人类来说更有现实意义。


昼夜节律(circadian rhythm),又叫日夜节律、近日节律、日变周期,是一种生理现象,以内源性地、持续地呈现以约24小时为周期的变动现象,包括植物、动物、真菌等,都有类似生理变化。


2017年来自美国的三位遗传学家杰弗理·霍尔(Jeffrey Hall)、迈克尔·罗斯巴希(Michael Rosbash)和迈克尔·扬(Michael Young)因发现控制昼夜节律的分子机制而分享诺贝尔生理医学奖。


发光菌的发光,植物的光合作用,动物的摄食,躯体活动,睡眠和觉醒等行为都显示具有昼夜节律。昼夜节律与人类的活动关系密切。人体生理功能,学习与记忆能力、情绪、工作效率等也有明显的昼夜节律波动。


生理节律遭扰乱,会导致食欲下降、工作效 率降低、事故增多;施用药物时间不同,疗效也不相同;毒物作用时间不同,其毒性表现也不一样;肿瘤细胞对X射线的敏感性也有昼夜差别。



Body clock scientists win Nobel Prize

三位“生物钟”科学家获得诺贝尔奖



Three scientists who unravelled how our bodies tell time have won the 2017 Nobel Prize for physiology or medicine.

三位科学家因揭开了我们身体的时间调节之谜而获得2017年诺贝尔生理学或医学奖。


The body clock - or circadian rhythm - is the reason we want to sleep at night, but it also drives huge changes in behaviour and body function.

生物钟,或称作昼夜节律,是我们晚上想要睡觉的原因,不过,生物钟还能给行为举止和身体功能带来巨大变化。


The US scientists Jeffrey Hall, Michael Rosbash and Michael Young will share the prize.

美国三位科学家Jeffrey Hall、Michael Rosbash以及Michael Young将共享2017年诺贝尔生理学或医学奖。


The Nobel prize committee said their findings had "vast implications for our health and wellbeing".

诺贝尔奖委员会表示,他们的发现“对我们的健康和福祉有着重大意义”。


A clock ticks in nearly every cell of the human body, as well as in plants, animals and fungi.

人类身体中的每个细胞,几乎都有一个生物钟在跳动,对于植物、动物以及菌类,也是一样。


Our mood, hormone levels, body temperature and metabolism all fluctuate in a daily rhythm.

我们的情绪、荷尔蒙水平、体温以及新陈代谢,所有这些都随着昼夜节律起伏变化。


Even our risk of a heart attack soars every morning as our body gets the engine running to start a new day.

甚至每天早上在我们身体醒来调动浑身机能开始新的一天的生活时,我们犯心脏病的风险也会提高。



The body clock so precisely controls our body to match day and night that disrupting it can have profound implications.

生物钟按照昼夜节律对我们身体的控制是如此之精确,以至于打乱它则造成重大隐患。


The ghastly experience of jet lag is caused by the body being out of sync with the world around it.

倒时差这个问题,就是因身体节律与周围环境节律不一致而造成的。


In the short term, body clock disruption affects memory formation, but in the long term it increases the risk of diseases, including type 2 diabetes, cancer and heart disease.

短期来讲,生物钟紊乱会影响记忆力,不过,长期来讲,则会增加II型糖尿病、癌症以及心脏病的风险。


"If we screw that system up we have a big impact on our metabolism," said Prof Russell Foster, a body clock scientist at the University of Oxford.

“若我们把生物钟系统搞坏了,就会给我们的新陈代谢带来很大影响”,牛津大学生物钟学教授罗素·福斯特解释说。


He told the BBC he was "very delighted" that the US trio had won, saying they deserved the prize for being the first to explain how the system worked.

福斯特教授告诉记者,他“非常高兴”看到美国三位科学家获奖,并表示,他们解释了生物钟系统的工作机制,这是有史以来第一次,值得把奖项颁给他们。


He added: "They have shown us how molecular clocks are built across all the animal kingdom."

福斯特教授还说,“三位获奖者向我们展示了所有动物身上的分子生物钟都是如何运行的。”



The trio's breakthroughs were on fruit flies, but their findings explain how "molecular feedback loops" keep time in all animals.

三位科学家的突破性发现是在果蝇身上发现的,不过他们的发现对“分子反馈机制”如何控制时间的解释,适用于所有动物。


Jeffrey Hall and Michael Rosbash isolated a section of DNA called the period gene, which had been implicated in the circadian rhythm.

Jeffrey Hall与Michael Rosbash研究时把一个与昼夜节律相关的,叫作“周期基因”的DNA部分进行了隔离。


The period gene contained instructions for making a protein called PER. As levels of PER increased, it turned off its own genetic instructions.

周期基因中包含PER蛋白合成的指令信息,随着PER蛋白水平的提升,它基因合成指令就会被关闭。


As a result, levels of the PER protein oscillate over a 24-hour cycle - rising during the night and falling during the day.

结果发现,PER蛋白水平按照24小时周期往复循环,夜间升高,日间下降。


Michael Young discovered a gene called timeless and another one called doubletime. They both affect the stability of PER.

Michael Young发现了一个不受时间影响的被称为“无时基因”的基因,以及一个被称为“双时基因”的基因。


If PER is more stable then the clock ticks more slowly, if it is less stable then it runs too fast. The stability of PER is one reason some of us are morning larks and others are night owls.

若PER蛋白水平更稳定,那么生物钟就会跳得慢些。若PER蛋白水平变得不稳,那么生物钟就会跳得很快。PER蛋白水平的稳定性,正是我们有些人会成为早期的鸟儿,而有些人会成为夜猫子的原因之一。


Together, they had uncovered the workings of the molecular clock inside the fly's cells.

三位科学家的研究发现,一起为我们解开了果蝇细胞中分子生物钟的工作机制。


Dr Michael Hastings, who researches circadian timing at the MRC Laboratory of Molecular Biology, told the BBC: "Before this work in fruit flies we really didn't have any ideas of the genetic mechanism - body clocks were viewed as a black box on a par with astrology."

英国医学研究理事会分子生物学实验室研究昼夜节律的Michael Hastings博士告诉记者,“在三位科学家针对果蝇进行这些研究之前,我们真的对生物钟基因层面的机制一无所知,之前,我们都是把生物钟当成一个黑匣子,对它的认知和占星术差不多。”


He said the award was a "fantastic" decision.

Michael Hastings博士表示,这次诺贝尔奖能颁给“生物钟”,是一个“非常棒的”决定。


He added: "We encounter the body clock when we experience jet lag and we appreciate it's debilitating for a short time, but the real public health issue is rotational shift work - it's a constant state of jet lag."

Michael Hastings博士还说,“我们倒时差时,会遇到生物钟问题,幸运的是,用不了多长时间就过去了,不过,社会上有些工作24小时轮流转,一直这样工作的人有很多,这可是个真正的公共健康问题,因为那种时差与昼夜节律一直处于脱节状态。”


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