三位科学家深入钻研并诠释了我们的生物钟

诠释了植物、动物

以及人类如何调节自己的生物节律

使其与地球的旋转保持同步

同时列出了当生物节律与地球旋转不同步时

所能造成的可能影响。

科学家们发现早睡早起、不熬夜，才是最佳的作息方式。

2017年诺贝奖生理学和医学奖授予Jeffrey C. Hall， Michael Rosbash 和 Michael W. Young，因为他们发现了昼夜节律的分子机制。

昼夜节律是指生命活动以24小时左右为周期的变动。除了调节疲劳和清醒程度，这种内部的生物钟协调着发生在身体里的数百种细胞活动，如皮质醇的释放和体温（或血压）的起伏波动。

美国俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心神经科学系的教授和系主任兰迪·纳尔逊博士说：“如果你认为身体里的所有分子、细胞和生理过程像管弦乐队那样运转时，那么生物钟就相当于是首席指挥家，它能确保睡眠、激素分泌、代谢、体温和免疫系统按部就班地工作。”

地球上的生命适应了地球的自转规律，很多年以来，我们都知道，包括人类在内的很多有机生命都拥有一种特殊的内部时钟，这种时钟能够帮助他们预料并且适应每天的节律，但这种特殊的内部时钟具体是怎么工作的呢？研究人员Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash和Michael W. Young就对生物钟进行了深入研究阐明了其内在的工作机制，相关的研究发现解释了植物、动物以及人类如何适应自身的昼夜节律，以便能够与地球的旋转同步。

利用果蝇作为模式动物，今年的诺奖得主分离到了一种能够控制日常正常生物节律的特殊基因，研究人员通过研究发现，这种基因能够编码特殊的蛋白，当处于夜晚时该蛋白能够在细胞中进行积累，随后在白天时就会发生降解；随后，研究人员还鉴别出了额外的蛋白质组分，同时他们还阐明了一种能够指导细胞内部自我维持时钟发条（self-sustaining clockwork）的特殊机制；如今研究者通过研究其它多细胞有机体中细胞的相同原则认识到了生物钟的关键功能。

在保证精密准确性的前提下，我们机体内部的时钟能够调整生理学状态适应一天中剧烈变化的不同阶段，生物钟能够调节一些关键的机体功能，比如行为、激素水平、睡眠、体温和代谢机制等，当外部环境和内部生物时钟之间发生短暂的不匹配时机体的健康就会受到一定影响，比如，当我们穿越几个时区经历所谓的时差综合征时，当然也有迹象表明，机体内部“计时员”介导生活方式和节律之间的慢性失调或许与多种疾病发生的风险直接相关。

美国有关媒体近日盘点了关于昼夜节律10个方面的知识。

一、相差一个小时就会让你感觉不爽

美国西北纪念医院睡眠障碍中心的主任菲利斯·泽兰博士认为：大多数人的身体在一天内只能调整 1个小时的昼夜节律变动。然而，有时候，这1个小时对于某些人来说也是过多而难以处理。研究发现：在从周末到工作日跳跃的周一这一天里，人们心脏病发作和出现交通事故的可能性都会增高。

二、时差扰乱生理功能不足为奇

如果仅仅是60分钟的昼夜节律差异就让你感觉不爽，你就可以想象跨越时区的几个小时旅行对身体的生理层面和精神层面影响有多大了。当身体快活地按照自己的生物钟运行时，突然间不得不快速按照一个新的生物钟来运转，就会发生时差反应。

三、每个人的昼夜节律都不一样

大部分人会在相似的时间框架内过日子：早上醒来，晚上睡觉。这就解释了倒班工作为什么令人烦恼，因为它违背了身体的自然节奏。然而人群中也会有一些变异，有些人是早起的云雀，有些人是喜欢熬夜和睡过头的猫头鹰。青少年习惯于晚睡晚起，但随着年龄增长，老年人会逐渐转向早起早睡的生活模式。

四、女人更有可能是云雀型的昼夜节律

美国布莱根妇女医院的研究者在 2013年发现：女人的生物钟要比男人快 6分钟，这就意味着她们醒来的比男人早，优质睡眠时间也不够充足。

五、光线能造成很大的差异

明亮的光线，无论是自然的阳光还是智能手机发射的蓝光，会引发一连串的反应。美国托马斯杰斐逊大学的神经学教授和光研究项目的主任乔治·布雷纳德认为：大脑在中枢层面上控制着昼夜节律。一旦光线进入眼睛，就会刺激视网膜，向下丘脑发出信号。

下丘脑中的两个小核是人体内部生物钟的重要组成部分。它们在整个神经系统和人体中发送有关光线、昏暗和生物时间的信息。这一过程能让人们在白天保持警觉清醒和夜间入睡。眼睛中的受体对短波长的光线（既包括阳光，也包括电子设备发射出来的蓝光）最为敏感，因此入睡前看电子设备会扰乱睡眠、情绪和代谢。

六、平衡昼夜节律，尝试回归古人接触光线的方式

它是确保你在就寝和睡眠过程中保持最大程度的黑暗，而在白天接触到大量的自然、明亮的光照。为达到这个目标，你需要把卧室的光线调暗，每天中午外出散步20—30分钟，这样就有助于昼夜节律步入正轨。

七、锻炼可以在一定程度上影响昼夜节律

锻炼也有最优时间段。研究者发现下午锻炼的小鼠其生物钟更为稳健。运动生理学家建议人们不要在就寝前锻炼，因为体力活动会增加心率和皮质醇的反应，使人难以入睡。如果你不习惯于在白天锻炼，也应当在入睡前3个小时锻炼。

八、你可能有轻微的季节性情感障碍

当白天开始变短时，就会出现季节性情感障碍，科学家认为光照时间的减少是其原因。光照能增加大脑中的血清素含量，这种化学物质能改善情绪。有 20%—25%的人会体验到亚临床的季节性情感障碍，这就意味着他们更容易感到劳累、不那么高兴、体重适度增加，希望多睡 1—2个小时。光疗法和上午到户外散步是治疗季节性情感障碍的有效方法。

九、下午时段的精神萎靡与昼夜节律有关

每天下午2—4时之间，大多数人会进入精力低潮期。这是因为昼夜节律在起床后8个小时会进入低谷状态，这就造成了嗜睡和工作效率下降，因为身体要准备休息了。一些专家倡导人们打盹半个小时来振奋精神。

十、遵循昼夜节律能提高免疫力

2016年对 276名参与者开展的研究发现：上午注射流感疫苗更为有效，9—11点接种的人其体内生成了更多的抗体，这是因为昼夜节律让免疫反应在上午最强，它是进化选择的结果。

可能有人会觉得，熬夜多大点事，自己身体好着呢，只要熬夜之后多休息，再补回来就行了呗，怎么可能还变丑变笨呢？

如果你这样想，那你可太天真了…

因为随着研究的深入，三位科学家发现，昼夜节律的紊乱，与内分泌代谢疾病，例如肥胖、糖尿病、高血压、高血脂、严重的脑部疾病，例如阿尔茨海默病，乃至肿瘤的发生发展都有关联。

简而言之，2017年如此重磅，受全世界关注的诺贝尔医学奖，其实就在告诉所有人一件很简单的事：

在正确的时间做正确的事，按时吃饭，到点睡觉，别熬夜了！

到底这个神奇的生物节律是怎么研究出来的呢？

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人体内有神奇的时钟基因

从2003年开始说起这三位获奖者对生物钟基因的研究。

当时杰弗理·霍尔教授在美国加州大学旧金山分校神经科学部门进行博士后研究工作，他研究的就是一个奇怪的经常早睡早起的家族。

这个家族成员总在凌晨3、4点起床，晚上6、7点就睡觉。这和大部分人的生活习惯大不相同。可是奇怪的是，他们这种独特的生活习惯源于家族成员身上的一种名为“PER2”的基因发生了突变，这是一种管睡觉的基因，正是这突变导致他们的早起早睡。

研究人员为了更具体的研究这种睡觉基因，就把这种基因转到了小白鼠的身上。奇怪的事情发生了，拥有这种基因的小白鼠不仅开始早睡早起，而且吃嘛嘛香。

研究人员发现，小白鼠拥有这种睡觉基因之后，连带着管吃饭的PER1基因也突变了，而因为吃得更多，还导致了这群小鼠发胖，肥胖问题紧随而来。

此类基因又称时钟基因。在正常情况下，它们会在相同的时间打开和关闭，以保持睡眠和饮食周期的均衡。

但如果其中有基因发生突变，就将打破这一环节，从而使得机体的各种生物钟不能步调一致。

诺贝尔奖委员会表示：“（获奖的）杰弗里·霍尔等三人的研究是先驱性的，他们克隆出时钟基因，让大家进一步认识到这种神奇的规律现象。”。

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熬夜会打破人体内精妙的时钟

疾病匍匐而来

有关睡眠的奇妙故事还没完。获奖者之一的迈克尔·罗斯巴殊教授，说起了一组罕见病例。近二十年来，各国医生发现了一些“睡不着觉的家族”，这些家族的人得了怪病，就是至少三四十年都没好好睡过。

他逐渐发现，这些罕见病人的大脑下丘脑、杏仁核等区域存在着控制节律的基因突变或紊乱。

“我们已发现一些经典的节律基因，它们很精细地工作着，相互钳制，此消彼长。它们还通过大脑神经调控着全身的器官，让大家有节律地工作着，由此也形成精妙的外周节律环，这样全身其实存在着大量的节律相关基因。

一旦打破，会出现问题，疾病可能匍匐而来。”

迈克尔·罗斯巴殊教授说，2013年，他在一项肥胖研究就发现，通过调节小鼠体内LGR4基因开关，可以影响肥胖的发生。

简单说，如果在小鼠体内去除这个LGR4基因，小鼠的体重会减轻，各项代谢指标，包括血糖、血脂、血压等，均明显好转。

他们研究进一步发现，LGR4基因其实具有某种节律基因的特征和功能，它会控制小鼠体内某些代谢功能的延迟或提前。

敲掉一个基因就会出现这个现象，而长期的昼夜颠倒、节律紊乱，就更可能引发一些不可思议的变化。

另一位获奖者，迈克尔·杨在2015年的一项研究中发现，由于熬夜缺乏睡眠，神经突触部分被星形胶质细胞大量吞噬。

这些星形胶质细胞像是微型的吸尘器，当大脑连接变得衰弱和分裂的时候，就会开始清除神经突触细胞，从而减少了神经递质，导致大脑神经传导变慢、反射时间变长。所以熬夜将造成大脑开始吞噬自己。

同时，慢性睡眠限制（连续五天保持熬夜）将导致小胶质细胞激活的迹象增加。由于小胶质细胞的低水平持续激活可导致严重的脑部疾病，例如阿尔茨海默病（老年痴呆症），和其他形式的神经变性都观察到持续的小胶质细胞激活。

他还发现，调节节律的关键基因失效后，会促使肿瘤发生。

此外，不按时吃饭、不按时睡觉，不仅引发肥胖，还会引发糖尿病、高血压、高血脂等代谢疾病。

因为这三位得主极有创意的发现，昼夜节律学已经发展成为一个涉及面广且动态发展的学科领域，并且一定会对人类做出巨大贡献。

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生物钟研究的现代提示：

在正确的时间做正确的事

到点就该睡觉，到点就要吃饭，这个“到点”，说的就是一种节律。

许多医生在得知2017年诺贝尔奖的归属是人体节律时，他们表示，正是因为生物体这种奇妙节律现象吸引着科研人员前赴后继地投入这项研究。

始于好奇，终于使命。杰弗里·霍尔等三人，随着研究的深入逐渐认识到，这是一把认识生命、认识疾病的重要钥匙。

节律生活，乃至天人合一，道理是古老的，但其具体作用机制乃至影响，正被科学家逐渐认清。

倒时差、熬夜、借咖啡提神……在医生看来，现代人的很多行为与进化而成的某些节律背道而驰，对健康造成的不利影响正被逐步发现。

杰弗里·霍尔教授说，很多职业需要值班或跨时区旅行，这是对人体本身的昼夜节律，或者说生物钟的一种挑战。

“如果人体生物钟不能很好地与昼夜节律匹配，可能进一步影响机体其他功能，比如免疫和内分泌功能，影响生活质量。

对于生物节律及其基因机制的研究有助于人类更好地了解自身，有望克服昼夜节律对职业能力的限制。”

那么，生物钟已经乱了，是不是就没救了？

并不是，人体有奇妙的自我调节功能。

“长途旅行会出现时差，对时差的调整就是人体的一种自我调节，比如在飞机上，会通过调整饮食供应时间来帮助你调节时差——本该是平时睡觉的时间，却给你来一份正点的正餐。”

杰弗里·霍尔告诉人们，这些例子提示，良好的睡眠习惯或有规律地吃饭，会对人体的生物钟起一个重新设定的作用。

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直到2017年人类才知道

一个行为可以由基因来控制

生命体适应地球环境的一个重要表现就是，感知并适应地球各种周期的变化，比如昼夜节律（夜伏昼出）、季节变化（冬眠）等。

这种行为几乎普遍存在于从低等到高等的各种生命体内，细菌、藻类，直到哺乳动物，乃至人类。

“在这一发现之前，人们从未想到过，一个行为可以由基因来控制。”

这三位获奖者在领奖时说，自从孟德尔发现遗传规律，大家知道基因可以控制生命体的一些基本特征，比如种子的大小、眼睛的颜色等，

但一种相当复杂的行为也可以由基因来控制，这还是第一次。

这也是诺贝尔奖第一次颁给昼夜节律的研究领域，尽管生命科学界的同行已经期待了好多年，感到这个领域应该获奖，因为它涉及到了如此基础的生命活动，已经成为一项经典研究。

“其实，最应该得这个奖的是美国分子生物学家西摩·本泽，他已在2007年去世。”这三位获奖者在领奖时说，“我们基本都是本泽的晚辈。”

上世纪七十年代，本泽曾在果蝇身上发现通过基因变异，可以将果蝇的生物钟调快、调慢，甚至关闭。

虽然这未解释生物钟如何运作，但却踏出了关键一步。

在这个基础上，1984年，三位获奖者发现并克隆出了这个基因，将其命名为PER，周期基因（period gene）的缩写。

随后，他们又发现了一系列相关的生物钟基因。迈克尔·罗斯巴什解释，控制生物钟的基因仿佛构成一个钟摆，PER是其中的重要一环，而其他生物钟基因和它一起“摇摆”，来调控生命体的生物节律。

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尊守人类的生物时钟

      生物钟会参与机体复杂生物学的许多方面，如今我们都知道，包括人类在内的多细胞有机体都会利用相似的机制来控制昼夜节律，生物钟能够调节很大一部分基因的表达，因此，一种经过仔细校准的昼夜节律会促进机体的生理学机制适应每天不同阶段（图3），基于三位诺奖得主的重大发现，生物钟生物学研究未来也将会成为一个高度动态化的研究领域，同时对于机体健康也至关重要。

生物钟能够促进机体生理学状态适应每天的不同阶段；

机体的生物钟能够帮助调节睡眠模式、摄食行为、激素释放、血压以及体温等。

来源：澳洲Mirror（MirrorNews）、价值中国等