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三位科學(xué)家深入鉆研并詮釋了我們的生物鐘
詮釋了植物、動(dòng)物
以及人類如何調(diào)節(jié)自己的生物節(jié)律
使其與地球的旋轉(zhuǎn)保持同步
同時(shí)列出了當(dāng)生物節(jié)律與地球旋轉(zhuǎn)不同步時(shí)
所能造成的可能影響。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)早睡早起、不熬夜，才是最佳的作息方式。
2017年諾貝獎(jiǎng)生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予Jeffrey C. Hall， Michael Rosbash 和 Michael W. Young，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)了晝夜節(jié)律的分子機(jī)制。
晝夜節(jié)律是指生命活動(dòng)以24小時(shí)左右為周期的變動(dòng)。除了調(diào)節(jié)疲勞和清醒程度，這種內(nèi)部的生物鐘協(xié)調(diào)著發(fā)生在身體里的數(shù)百種細(xì)胞活動(dòng)，如皮質(zhì)醇的釋放和體溫（或血壓）的起伏波動(dòng)。
美國俄亥俄州立大學(xué)韋克斯納醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)科學(xué)系的教授和系主任蘭迪·納爾遜博士說：“如果你認(rèn)為身體里的所有分子、細(xì)胞和生理過程像管弦樂隊(duì)那樣運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，那么生物鐘就相當(dāng)于是首席指揮家，它能確保睡眠、激素分泌、代謝、體溫和免疫系統(tǒng)按部就班地工作?！?/p>
地球上的生命適應(yīng)了地球的自轉(zhuǎn)規(guī)律，很多年以來，我們都知道，包括人類在內(nèi)的很多有機(jī)生命都擁有一種特殊的內(nèi)部時(shí)鐘，這種時(shí)鐘能夠幫助他們預(yù)料并且適應(yīng)每天的節(jié)律，但這種特殊的內(nèi)部時(shí)鐘具體是怎么工作的呢？研究人員Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash和Michael W. Young就對(duì)生物鐘進(jìn)行了深入研究闡明了其內(nèi)在的工作機(jī)制，相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)解釋了植物、動(dòng)物以及人類如何適應(yīng)自身的晝夜節(jié)律，以便能夠與地球的旋轉(zhuǎn)同步。
利用果蠅作為模式動(dòng)物，今年的諾獎(jiǎng)得主分離到了一種能夠控制日常正常生物節(jié)律的特殊基因，研究人員通過研究發(fā)現(xiàn)，這種基因能夠編碼特殊的蛋白，當(dāng)處于夜晚時(shí)該蛋白能夠在細(xì)胞中進(jìn)行積累，隨后在白天時(shí)就會(huì)發(fā)生降解；隨后，研究人員還鑒別出了額外的蛋白質(zhì)組分，同時(shí)他們還闡明了一種能夠指導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)部自我維持時(shí)鐘發(fā)條（self-sustaining clockwork）的特殊機(jī)制；如今研究者通過研究其它多細(xì)胞有機(jī)體中細(xì)胞的相同原則認(rèn)識(shí)到了生物鐘的關(guān)鍵功能。
在保證精密準(zhǔn)確性的前提下，我們機(jī)體內(nèi)部的時(shí)鐘能夠調(diào)整生理學(xué)狀態(tài)適應(yīng)一天中劇烈變化的不同階段，生物鐘能夠調(diào)節(jié)一些關(guān)鍵的機(jī)體功能，比如行為、激素水平、睡眠、體溫和代謝機(jī)制等，當(dāng)外部環(huán)境和內(nèi)部生物時(shí)鐘之間發(fā)生短暫的不匹配時(shí)機(jī)體的健康就會(huì)受到一定影響，比如，當(dāng)我們穿越幾個(gè)時(shí)區(qū)經(jīng)歷所謂的時(shí)差綜合征時(shí)，當(dāng)然也有跡象表明，機(jī)體內(nèi)部“計(jì)時(shí)員”介導(dǎo)生活方式和節(jié)律之間的慢性失調(diào)或許與多種疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)直接相關(guān)。
美國有關(guān)媒體近日盤點(diǎn)了關(guān)于晝夜節(jié)律10個(gè)方面的知識(shí)。
一、相差一個(gè)小時(shí)就會(huì)讓你感覺不爽
美國西北紀(jì)念醫(yī)院睡眠障礙中心的主任菲利斯·澤蘭博士認(rèn)為：大多數(shù)人的身體在一天內(nèi)只能調(diào)整 1個(gè)小時(shí)的晝夜節(jié)律變動(dòng)。然而，有時(shí)候，這1個(gè)小時(shí)對(duì)于某些人來說也是過多而難以處理。研究發(fā)現(xiàn)：在從周末到工作日跳躍的周一這一天里，人們心臟病發(fā)作和出現(xiàn)交通事故的可能性都會(huì)增高。
二、時(shí)差擾亂生理功能不足為奇
如果僅僅是60分鐘的晝夜節(jié)律差異就讓你感覺不爽，你就可以想象跨越時(shí)區(qū)的幾個(gè)小時(shí)旅行對(duì)身體的生理層面和精神層面影響有多大了。當(dāng)身體快活地按照自己的生物鐘運(yùn)行時(shí)，突然間不得不快速按照一個(gè)新的生物鐘來運(yùn)轉(zhuǎn)，就會(huì)發(fā)生時(shí)差反應(yīng)。
三、每個(gè)人的晝夜節(jié)律都不一樣
大部分人會(huì)在相似的時(shí)間框架內(nèi)過日子：早上醒來，晚上睡覺。這就解釋了倒班工作為什么令人煩惱，因?yàn)樗`背了身體的自然節(jié)奏。然而人群中也會(huì)有一些變異，有些人是早起的云雀，有些人是喜歡熬夜和睡過頭的貓頭鷹。青少年習(xí)慣于晚睡晚起，但隨著年齡增長(zhǎng)，老年人會(huì)逐漸轉(zhuǎn)向早起早睡的生活模式。
四、女人更有可能是云雀型的晝夜節(jié)律
美國布萊根婦女醫(yī)院的研究者在 2013年發(fā)現(xiàn)：女人的生物鐘要比男人快 6分鐘，這就意味著她們醒來的比男人早，優(yōu)質(zhì)睡眠時(shí)間也不夠充足。
五、光線能造成很大的差異
明亮的光線，無論是自然的陽光還是智能手機(jī)發(fā)射的藍(lán)光，會(huì)引發(fā)一連串的反應(yīng)。美國托馬斯杰斐遜大學(xué)的神經(jīng)學(xué)教授和光研究項(xiàng)目的主任喬治·布雷納德認(rèn)為：大腦在中樞層面上控制著晝夜節(jié)律。一旦光線進(jìn)入眼睛，就會(huì)刺激視網(wǎng)膜，向下丘腦發(fā)出信號(hào)。
下丘腦中的兩個(gè)小核是人體內(nèi)部生物鐘的重要組成部分。它們?cè)谡麄€(gè)神經(jīng)系統(tǒng)和人體中發(fā)送有關(guān)光線、昏暗和生物時(shí)間的信息。這一過程能讓人們?cè)诎滋毂３志X清醒和夜間入睡。眼睛中的受體對(duì)短波長(zhǎng)的光線（既包括陽光，也包括電子設(shè)備發(fā)射出來的藍(lán)光）最為敏感，因此入睡前看電子設(shè)備會(huì)擾亂睡眠、情緒和代謝。
六、平衡晝夜節(jié)律，嘗試回歸古人接觸光線的方式
它是確保你在就寢和睡眠過程中保持最大程度的黑暗，而在白天接觸到大量的自然、明亮的光照。為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，你需要把臥室的光線調(diào)暗，每天中午外出散步20—30分鐘，這樣就有助于晝夜節(jié)律步入正軌。
七、鍛煉可以在一定程度上影響晝夜節(jié)律
鍛煉也有最優(yōu)時(shí)間段。研究者發(fā)現(xiàn)下午鍛煉的小鼠其生物鐘更為穩(wěn)健。運(yùn)動(dòng)生理學(xué)家建議人們不要在就寢前鍛煉，因?yàn)轶w力活動(dòng)會(huì)增加心率和皮質(zhì)醇的反應(yīng)，使人難以入睡。如果你不習(xí)慣于在白天鍛煉，也應(yīng)當(dāng)在入睡前3個(gè)小時(shí)鍛煉。
八、你可能有輕微的季節(jié)性情感障礙
當(dāng)白天開始變短時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)季節(jié)性情感障礙，科學(xué)家認(rèn)為光照時(shí)間的減少是其原因。光照能增加大腦中的血清素含量，這種化學(xué)物質(zhì)能改善情緒。有 20%—25%的人會(huì)體驗(yàn)到亞臨床的季節(jié)性情感障礙，這就意味著他們更容易感到勞累、不那么高興、體重適度增加，希望多睡 1—2個(gè)小時(shí)。光療法和上午到戶外散步是治療季節(jié)性情感障礙的有效方法。
九、下午時(shí)段的精神萎靡與晝夜節(jié)律有關(guān)
每天下午2—4時(shí)之間，大多數(shù)人會(huì)進(jìn)入精力低潮期。這是因?yàn)闀円构?jié)律在起床后8個(gè)小時(shí)會(huì)進(jìn)入低谷狀態(tài)，這就造成了嗜睡和工作效率下降，因?yàn)樯眢w要準(zhǔn)備休息了。一些專家倡導(dǎo)人們打盹半個(gè)小時(shí)來振奮精神。
十、遵循晝夜節(jié)律能提高免疫力
2016年對(duì) 276名參與者開展的研究發(fā)現(xiàn)：上午注射流感疫苗更為有效，9—11點(diǎn)接種的人其體內(nèi)生成了更多的抗體，這是因?yàn)闀円构?jié)律讓免疫反應(yīng)在上午最強(qiáng)，它是進(jìn)化選擇的結(jié)果。
可能有人會(huì)覺得，熬夜多大點(diǎn)事，自己身體好著呢，只要熬夜之后多休息，再補(bǔ)回來就行了唄，怎么可能還變丑變笨呢？請(qǐng)加微信公眾號(hào)：工業(yè)智能化(robotinfo) 馬云都在關(guān)注
如果你這樣想，那你可太天真了…
因?yàn)殡S著研究的深入，三位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，晝夜節(jié)律的紊亂，與內(nèi)分泌代謝疾病，例如肥胖、糖尿病、高血壓、高血脂、嚴(yán)重的腦部疾病，例如阿爾茨海默病，乃至腫瘤的發(fā)生發(fā)展都有關(guān)聯(lián)。
簡(jiǎn)而言之，2017年如此重磅，受全世界關(guān)注的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，其實(shí)就在告訴所有人一件很簡(jiǎn)單的事：
在正確的時(shí)間做正確的事，按時(shí)吃飯，到點(diǎn)睡覺，別熬夜了！
到底這個(gè)神奇的生物節(jié)律是怎么研究出來的呢？
/ 01/
人體內(nèi)有神奇的時(shí)鐘基因
從2003年開始說起這三位獲獎(jiǎng)?wù)邔?duì)生物鐘基因的研究。
當(dāng)時(shí)杰弗理·霍爾教授在美國加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)科學(xué)部門進(jìn)行博士后研究工作，他研究的就是一個(gè)奇怪的經(jīng)常早睡早起的家族。
這個(gè)家族成員總在凌晨3、4點(diǎn)起床，晚上6、7點(diǎn)就睡覺。這和大部分人的生活習(xí)慣大不相同?？墒瞧婀值氖?，他們這種獨(dú)特的生活習(xí)慣源于家族成員身上的一種名為“PER2”的基因發(fā)生了突變，這是一種管睡覺的基因，正是這突變導(dǎo)致他們的早起早睡。
研究人員為了更具體的研究這種睡覺基因，就把這種基因轉(zhuǎn)到了小白鼠的身上。奇怪的事情發(fā)生了，擁有這種基因的小白鼠不僅開始早睡早起，而且吃嘛嘛香。
研究人員發(fā)現(xiàn)，小白鼠擁有這種睡覺基因之后，連帶著管吃飯的PER1基因也突變了，而因?yàn)槌缘酶?，還導(dǎo)致了這群小鼠發(fā)胖，肥胖問題緊隨而來。
此類基因又稱時(shí)鐘基因。在正常情況下，它們會(huì)在相同的時(shí)間打開和關(guān)閉，以保持睡眠和飲食周期的均衡。
但如果其中有基因發(fā)生突變，就將打破這一環(huán)節(jié)，從而使得機(jī)體的各種生物鐘不能步調(diào)一致。
諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)表示：“（獲獎(jiǎng)的）杰弗里·霍爾等三人的研究是先驅(qū)性的，他們克隆出時(shí)鐘基因，讓大家進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到這種神奇的規(guī)律現(xiàn)象?！薄?/p>
/ 02/
熬夜會(huì)打破人體內(nèi)精妙的時(shí)鐘
疾病匍匐而來
有關(guān)睡眠的奇妙故事還沒完。獲獎(jiǎng)?wù)咧坏倪~克爾·羅斯巴殊教授，說起了一組罕見病例。近二十年來，各國醫(yī)生發(fā)現(xiàn)了一些“睡不著覺的家族”，這些家族的人得了怪病，就是至少三四十年都沒好好睡過。
他逐漸發(fā)現(xiàn)，這些罕見病人的大腦下丘腦、杏仁核等區(qū)域存在著控制節(jié)律的基因突變或紊亂。
“我們已發(fā)現(xiàn)一些經(jīng)典的節(jié)律基因，它們很精細(xì)地工作著，相互鉗制，此消彼長(zhǎng)。它們還通過大腦神經(jīng)調(diào)控著全身的器官，讓大家有節(jié)律地工作著，由此也形成精妙的外周節(jié)律環(huán)，這樣全身其實(shí)存在著大量的節(jié)律相關(guān)基因。
一旦打破，會(huì)出現(xiàn)問題，疾病可能匍匐而來。”
邁克爾·羅斯巴殊教授說，2013年，他在一項(xiàng)肥胖研究就發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)小鼠體內(nèi)LGR4基因開關(guān)，可以影響肥胖的發(fā)生。
簡(jiǎn)單說，如果在小鼠體內(nèi)去除這個(gè)LGR4基因，小鼠的體重會(huì)減輕，各項(xiàng)代謝指標(biāo)，包括血糖、血脂、血壓等，均明顯好轉(zhuǎn)。
他們研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，LGR4基因其實(shí)具有某種節(jié)律基因的特征和功能，它會(huì)控制小鼠體內(nèi)某些代謝功能的延遲或提前。
敲掉一個(gè)基因就會(huì)出現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象，而長(zhǎng)期的晝夜顛倒、節(jié)律紊亂，就更可能引發(fā)一些不可思議的變化。
另一位獲獎(jiǎng)?wù)撸~克爾·楊在2015年的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，由于熬夜缺乏睡眠，神經(jīng)突觸部分被星形膠質(zhì)細(xì)胞大量吞噬。
這些星形膠質(zhì)細(xì)胞像是微型的吸塵器，當(dāng)大腦連接變得衰弱和分裂的時(shí)候，就會(huì)開始清除神經(jīng)突觸細(xì)胞，從而減少了神經(jīng)遞質(zhì)，導(dǎo)致大腦神經(jīng)傳導(dǎo)變慢、反射時(shí)間變長(zhǎng)。所以熬夜將造成大腦開始吞噬自己。
同時(shí)，慢性睡眠限制（連續(xù)五天保持熬夜）將導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞激活的跡象增加。由于小膠質(zhì)細(xì)胞的低水平持續(xù)激活可導(dǎo)致嚴(yán)重的腦部疾病，例如阿爾茨海默?。ɡ夏臧V呆癥），和其他形式的神經(jīng)變性都觀察到持續(xù)的小膠質(zhì)細(xì)胞激活。
他還發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)節(jié)律的關(guān)鍵基因失效后，會(huì)促使腫瘤發(fā)生。
此外，不按時(shí)吃飯、不按時(shí)睡覺，不僅引發(fā)肥胖，還會(huì)引發(fā)糖尿病、高血壓、高血脂等代謝疾病。
因?yàn)檫@三位得主極有創(chuàng)意的發(fā)現(xiàn)，晝夜節(jié)律學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)涉及面廣且動(dòng)態(tài)發(fā)展的學(xué)科領(lǐng)域，并且一定會(huì)對(duì)人類做出巨大貢獻(xiàn)。
/ 03/
生物鐘研究的現(xiàn)代提示：
在正確的時(shí)間做正確的事
到點(diǎn)就該睡覺，到點(diǎn)就要吃飯，這個(gè)“到點(diǎn)”，說的就是一種節(jié)律。
許多醫(yī)生在得知2017年諾貝爾獎(jiǎng)的歸屬是人體節(jié)律時(shí)，他們表示，正是因?yàn)樯矬w這種奇妙節(jié)律現(xiàn)象吸引著科研人員前赴后繼地投入這項(xiàng)研究。
始于好奇，終于使命。杰弗里·霍爾等三人，隨著研究的深入逐漸認(rèn)識(shí)到，這是一把認(rèn)識(shí)生命、認(rèn)識(shí)疾病的重要鑰匙。
節(jié)律生活，乃至天人合一，道理是古老的，但其具體作用機(jī)制乃至影響，正被科學(xué)家逐漸認(rèn)清。
倒時(shí)差、熬夜、借咖啡提神……在醫(yī)生看來，現(xiàn)代人的很多行為與進(jìn)化而成的某些節(jié)律背道而馳，對(duì)健康造成的不利影響正被逐步發(fā)現(xiàn)。
杰弗里·霍爾教授說，很多職業(yè)需要值班或跨時(shí)區(qū)旅行，這是對(duì)人體本身的晝夜節(jié)律，或者說生物鐘的一種挑戰(zhàn)。
“如果人體生物鐘不能很好地與晝夜節(jié)律匹配，可能進(jìn)一步影響機(jī)體其他功能，比如免疫和內(nèi)分泌功能，影響生活質(zhì)量。
對(duì)于生物節(jié)律及其基因機(jī)制的研究有助于人類更好地了解自身，有望克服晝夜節(jié)律對(duì)職業(yè)能力的限制。”
那么，生物鐘已經(jīng)亂了，是不是就沒救了？
并不是，人體有奇妙的自我調(diào)節(jié)功能。
“長(zhǎng)途旅行會(huì)出現(xiàn)時(shí)差，對(duì)時(shí)差的調(diào)整就是人體的一種自我調(diào)節(jié)，比如在飛機(jī)上，會(huì)通過調(diào)整飲食供應(yīng)時(shí)間來幫助你調(diào)節(jié)時(shí)差——本該是平時(shí)睡覺的時(shí)間，卻給你來一份正點(diǎn)的正餐。”
杰弗里·霍爾告訴人們，這些例子提示，良好的睡眠習(xí)慣或有規(guī)律地吃飯，會(huì)對(duì)人體的生物鐘起一個(gè)重新設(shè)定的作用。
/ 04/
直到2017年人類才知道
一個(gè)行為可以由基因來控制
生命體適應(yīng)地球環(huán)境的一個(gè)重要表現(xiàn)就是，感知并適應(yīng)地球各種周期的變化，比如晝夜節(jié)律（夜伏晝出）、季節(jié)變化（冬眠）等。
這種行為幾乎普遍存在于從低等到高等的各種生命體內(nèi)，細(xì)菌、藻類，直到哺乳動(dòng)物，乃至人類。
“在這一發(fā)現(xiàn)之前，人們從未想到過，一個(gè)行為可以由基因來控制?！?/p>
這三位獲獎(jiǎng)?wù)咴陬I(lǐng)獎(jiǎng)時(shí)說，自從孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律，大家知道基因可以控制生命體的一些基本特征，比如種子的大小、眼睛的顏色等，
但一種相當(dāng)復(fù)雜的行為也可以由基因來控制，這還是第一次。
這也是諾貝爾獎(jiǎng)第一次頒給晝夜節(jié)律的研究領(lǐng)域，盡管生命科學(xué)界的同行已經(jīng)期待了好多年，感到這個(gè)領(lǐng)域應(yīng)該獲獎(jiǎng)，因?yàn)樗婕暗搅巳绱嘶A(chǔ)的生命活動(dòng)，已經(jīng)成為一項(xiàng)經(jīng)典研究。
“其實(shí)，最應(yīng)該得這個(gè)獎(jiǎng)的是美國分子生物學(xué)家西摩·本澤，他已在2007年去世。”這三位獲獎(jiǎng)?wù)咴陬I(lǐng)獎(jiǎng)時(shí)說，“我們基本都是本澤的晚輩。”
上世紀(jì)七十年代，本澤曾在果蠅身上發(fā)現(xiàn)通過基因變異，可以將果蠅的生物鐘調(diào)快、調(diào)慢，甚至關(guān)閉。
雖然這未解釋生物鐘如何運(yùn)作，但卻踏出了關(guān)鍵一步。
在這個(gè)基礎(chǔ)上，1984年，三位獲獎(jiǎng)?wù)甙l(fā)現(xiàn)并克隆出了這個(gè)基因，將其命名為PER，周期基因（period gene）的縮寫。
隨后，他們又發(fā)現(xiàn)了一系列相關(guān)的生物鐘基因。邁克爾·羅斯巴什解釋，控制生物鐘的基因仿佛構(gòu)成一個(gè)鐘擺，PER是其中的重要一環(huán)，而其他生物鐘基因和它一起“搖擺”，來調(diào)控生命體的生物節(jié)律。
/ 05/
尊守人類的生物時(shí)鐘
生物鐘會(huì)參與機(jī)體復(fù)雜生物學(xué)的許多方面，如今我們都知道，包括人類在內(nèi)的多細(xì)胞有機(jī)體都會(huì)利用相似的機(jī)制來控制晝夜節(jié)律，生物鐘能夠調(diào)節(jié)很大一部分基因的表達(dá)，因此，一種經(jīng)過仔細(xì)校準(zhǔn)的晝夜節(jié)律會(huì)促進(jìn)機(jī)體的生理學(xué)機(jī)制適應(yīng)每天不同階段（圖3），基于三位諾獎(jiǎng)得主的重大發(fā)現(xiàn)，生物鐘生物學(xué)研究未來也將會(huì)成為一個(gè)高度動(dòng)態(tài)化的研究領(lǐng)域，同時(shí)對(duì)于機(jī)體健康也至關(guān)重要。
生物鐘能夠促進(jìn)機(jī)體生理學(xué)狀態(tài)適應(yīng)每天的不同階段；
機(jī)體的生物鐘能夠幫助調(diào)節(jié)睡眠模式、攝食行為、激素釋放、血壓以及體溫等。
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