人人身上都有一座钟表,还有人因此得了诺贝尔奖
我们的生活是由时间统治的,我们用时间这个概念来度量该做的事情。但实际上,早晨把我们叫醒的闹钟,或者告诉我们快迟到了的手表,才是世界上最不自然的钟表。 我们的生理结构,顺应的可能是一个更为古老的生物钟,它甚至是在生物演变开始前,就已经存在的。
生物钟,嵌入到我们人类的基因里,也存在于地球上几乎所有的生命遗传系统中,以24小时为维度运作着。 “生物钟”或者叫做“昼夜节律钟”,能够帮助我们调节睡眠模式、警觉度、心情、体力和血压等等。
在正常情况下,我们人类会在一天内经历24小时的明暗转变,我们身体里的“昼夜节律钟”会使用这个光学信号,将生物学意义上的时间,与现实世界中的白天和黑夜相互对齐。 然后,生物钟可以预测24小时内人身体的不同需求,并且让身体跑在瞬息万变的外界条件之前,微调生理和行为模式。 身体温度下降、血压下降、认知功能下降、疲劳值增加以及睡眠预期都是如此。 在黎明到来之前,新陈代谢会随着我们的苏醒预期而逐渐增加。
昼夜节律钟也可以在同一时间让一切事情静止,这样生理过程可以按照适当的顺序进行。 细胞若想正常工作,需要机体在正确的时间为他们提供正确的材料,因此生物钟必不可少。
成千上万的基因必须按照一定的顺序,相互配合地开启和关闭。 蛋白质,酶,脂肪,碳水化合物,激素,核酸和其他化合物必须在精确的时间窗口被吸收,分解,代谢和产生。 能量的获得也是必不可少的,然后再分配到生长,繁殖,新陈代谢,运动和细胞修复中去。
所有这些过程和许多其他过程都需要耗费能量,它们在正确时间内进行,相互协调,避让开彼此的时间窗口。 假如没有了生物钟,我们内在的生理系统就会陷入一片混乱。
Jeffrey Hall,Michael Rosbash和Michael Young在本周早些时候获得了2017年诺贝尔生理学及医学奖,他们的开创性研究,首次提供了生物钟运作方式的准确理解。 他们使用的研究案例是果蝇。
生物钟如何运作
生物钟的核心是“负反馈循环”,它由以下的事件序列组成。 生物钟基因将时间信息翻译成蛋白质信息,蛋白质的相互作用形成复合物并从细胞的细胞质移动到细胞核中,产生时钟基因的抑制性。 这些抑制性时间蛋白复合物会再次被分解,然后时钟基因重获自由,进一步产生更多的蛋白质信息,日复一日。
在负反馈回路中,蛋白质生产和降解的节奏,接近一个自然日中的24小时循环。
以Hall,Rosbash和Young在果蝇中的发现的时间基因为基础,研究人员又在老鼠,人类和许多其他动物中发现了非常相似的时间基因。 因此,这个在我们身体里滴答作响的生物钟,基本上和昆虫,蠕虫,鱼和鸟类的生物钟没有太大分别。
我们现在知道,“早起族”或“夜猫族”的早晚偏好,似乎也和这些时间基因的微小变化有关,它能够加速或减缓我们的昼夜节律。
昼夜节律紊乱
了解昼夜节律钟的工作模式,以及它们在生物学中的核心作用,让许多领域的研究获得了长足进步。假如我们的生物钟陷入紊乱,那么我们的身体健康可能会受到严重影响。
需要换班的工人白天尝试睡觉,但白天的睡眠通常比晚上的睡眠时长更短,质量更差。因为工人们虽然很累,但由于体内的昼夜节律系统指示身体此刻应该保持清醒。 接着他们又需要在夜间工作,此刻昼夜节律系统却认为身体该睡觉休息了,这导致他们整体的警觉性和工作表现都会降低。 这样的昼夜颠倒其实是让工人们在困倦的时候工作,清醒的时候睡觉。
短暂的昼夜节律系统紊乱可能会对记忆力、问题解决能力、情绪反应和注意力产生很大的负面影响。 多年的夜班工作则会增加心脏病、细菌感染、癌症、Ⅱ型糖尿病和肥胖症的风险。 所以我们不能轻视昼夜节律系统能给我们带来的危险。
昼夜节律紊乱也是当前最具挑战性的一些疾病所共有的特征。 精神疾病如精神分裂症、双相情感障碍和抑郁症; 神经病症如阿尔茨海默病、中风和多发性硬化; 发育障碍如自闭症; 严重的眼睛疾病(包括白内障)均表现出昼夜节律系统的紊乱。
对昼夜节律系统的研究,未来是要了解其紊乱是如何发生的,并根据这些知识,开发新的药物和治疗方法,帮助我们调节生物系统的“内部时间”。这个伟大创新迭出的时代,真是令人无比振奋。
以上内容仅代表作者个人观点
本文由世界经济论坛与The Conversation联合发布,转载请注明来源并附上原文链接
翻译:达沃斯博客翻译小组·陈达铿
责编:刘博睿
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