生物鐘：基因和環(huán)境決定的行為
——2017年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)簡(jiǎn)介

俞強(qiáng)

中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所，上海 201203

生物鐘：基因和環(huán)境決定的行為
——2017年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)簡(jiǎn)介

俞強(qiáng)?

中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所，上海 201203

2017年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了三位研究果蠅生物鐘行為的美國(guó)科學(xué)家——杰弗里?霍爾(Jeffrey C. Hall)、邁克爾?羅斯巴什(Michael Rosbash)和邁克爾?楊(Michael W. Young)，獎(jiǎng)勵(lì)他們發(fā)現(xiàn)了決定生物鐘行為的基因和這些基因產(chǎn)物的工作原理。生物鐘，也叫生物日節(jié)律或晝夜節(jié)律(circadianrhythm)，是生物以約晝夜24小時(shí)為周期的節(jié)律性行為。生物鐘行為是一個(gè)在各種動(dòng)植物中都普遍存在的自然現(xiàn)象。生物鐘基因的發(fā)現(xiàn)和對(duì)這些基因產(chǎn)物工作原理的揭示對(duì)了解生命和生命的運(yùn)行原理，特別是對(duì)基因、行為和環(huán)境三者之間的關(guān)系有著重要的理論意義，同時(shí)也為利用生物鐘原理來(lái)解決生產(chǎn)活動(dòng)和健康醫(yī)療中的生物學(xué)問(wèn)題奠定了應(yīng)用基礎(chǔ)。

諾貝爾獎(jiǎng)；生物鐘；生物節(jié)律；基因；行為

1 三位科學(xué)家和他們的貢獻(xiàn)

2017年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的三位獲獎(jiǎng)科學(xué)家——杰弗里?霍爾(Jeffrey C. Hall)、邁克爾?羅斯巴什(Michael Rosbash)和邁克爾?楊(Michael W. Young)都來(lái)自美國(guó)，都是以果蠅為材料發(fā)現(xiàn)了果蠅的日節(jié)律基因并闡明了其工作原理。杰弗里?霍爾和邁克爾?羅斯巴什是美國(guó)布蘭達(dá)斯大學(xué)的教授和同事。大部分果蠅生物鐘基因的克隆和研究工作是兩個(gè)人共同合作的成果?；魻柺且晃贿z傳學(xué)家，終身研究果蠅的行為遺傳學(xué)。除了生物節(jié)律，霍爾還研究果蠅的交配行為，是果蠅行為生物學(xué)研究領(lǐng)域的開(kāi)拓者之一和重要的科學(xué)家?；魻柕闹饕暙I(xiàn)是和羅斯巴什合作共同克隆了第一個(gè)生物鐘基因period(per)，發(fā)現(xiàn)了不同細(xì)胞的生物鐘之間的協(xié)調(diào)同步，揭示了Cryptochrome (CRY)，CLOCK 和 Cycle (CYC)蛋白的功能和機(jī)理，完善了日節(jié)律分子機(jī)理的轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)譯負(fù)反饋調(diào)控TTFL(transcription translation negative feedback)模型[1-7]。

邁克爾?羅斯巴什是一位分子生物學(xué)家。他除了在生物節(jié)律研究領(lǐng)域做出了重要成績(jī)，同時(shí)也在酵母的RNA剪切機(jī)制研究領(lǐng)域有杰出貢獻(xiàn)。羅斯巴什教授是筆者的博士生導(dǎo)師。筆者1984年進(jìn)入羅斯巴什的實(shí)驗(yàn)室，見(jiàn)證并參與了生物鐘基因的克隆和鑒定工作。同時(shí)也和霍爾實(shí)驗(yàn)室合作，參與了果蠅交配行為和生物鐘關(guān)系的研究工作。羅斯巴什的主要貢獻(xiàn)除了和霍爾合作克隆了第一個(gè)生物鐘基因per，還克隆了果蠅的另外兩個(gè)生物鐘基因clk和cyc(cycle)，并闡明了它們的功能和機(jī)理。他還揭示了CRY蛋白作為生物鐘的光受體功能并發(fā)現(xiàn)了果蠅LNv神經(jīng)元是果蠅生物鐘的起搏器。更重要的是，他發(fā)現(xiàn)了per基因表達(dá)水平的周期性變化，從而提出了著名的日節(jié)律分子機(jī)理的轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)譯負(fù)反饋調(diào)控TTFL模型[1-8]。

邁克爾?楊(Michael W. Young)是美國(guó)洛克菲勒大學(xué)的教授。他早年從事果蠅轉(zhuǎn)座子機(jī)制的研究。在聽(tīng)說(shuō)果蠅的日節(jié)律基因被發(fā)現(xiàn)后，轉(zhuǎn)而開(kāi)展了日節(jié)律基因的克隆和機(jī)理研究工作至今。楊的主要貢獻(xiàn)是與霍爾和羅斯巴什同時(shí)獨(dú)立克隆了per基因。其后又克隆了另一個(gè)生物鐘基因tim(timeless)，發(fā)現(xiàn)了基因產(chǎn)物TIM和PER蛋白相互作用及功能，并發(fā)現(xiàn)了光對(duì)TIM的調(diào)控以及對(duì)生物鐘相位的調(diào)控。楊的另一個(gè)貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了PER蛋白的磷酸化調(diào)控以及磷酸化PER的激酶Doubletime(Casein kinase 1)[9-11]。

除這三位獲獎(jiǎng)的科學(xué)家之外，還有兩個(gè)值得一提同時(shí)也是對(duì)這項(xiàng)工作作出重大貢獻(xiàn)的科學(xué)家是加州理工學(xué)院的西摩?本澤(Seymour Benzer，1921—2007)教授和他的學(xué)生羅納德?科諾普卡(Ronald Konopka，1947—2015)。本澤教授是最早開(kāi)展果蠅行為遺傳學(xué)研究的科學(xué)家，是這個(gè)領(lǐng)域的重要開(kāi)創(chuàng)者，也是杰弗里?霍爾的博士后導(dǎo)師。他和科諾普卡是第一個(gè)以果蠅為模型開(kāi)展生物鐘基因研究的科學(xué)家，也是第一個(gè)從果蠅中發(fā)現(xiàn)生物鐘突變體和生物鐘基因的人。

2 生物鐘行為和環(huán)境

日節(jié)律(circadian rhythm)，準(zhǔn)確地說(shuō)應(yīng)該叫近日節(jié)律或近晝夜節(jié)律，是一種以接近晝夜24小時(shí)為周期的節(jié)律性生命活動(dòng)，也就是我們通常所說(shuō)的生物鐘。例如人的血壓、體溫、體力、情緒等生理指標(biāo)的律動(dòng)，以及植物花的開(kāi)閉和葉片的光合作用等隨地球的自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的晝夜生理變化律動(dòng)。

從生物的演化和自然選擇原理來(lái)說(shuō)，地球上所有的生命現(xiàn)象都是大自然對(duì)生物適應(yīng)環(huán)境的演化選擇的結(jié)果。生命從誕生開(kāi)始，其最簡(jiǎn)單的生物分子之間的生物化學(xué)反應(yīng)就受到地球上早已存在的各種物質(zhì)和環(huán)境因素的影響，其后的變化也都在地球環(huán)境的影響之下，因此地球上生命的一切活動(dòng)都受到地球周期性律動(dòng)的影響，所有的生物節(jié)律也都是環(huán)境對(duì)生物演化的選擇的結(jié)果。因此，生物的節(jié)律性運(yùn)動(dòng)是普遍存在的。

圖1 地球環(huán)境鐘

地球最明顯的律動(dòng)就是圍繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)和圍繞自己軸心的自轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)的周期為23時(shí)56分4秒，圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期為365.25天(圖1)。地球相對(duì)于太陽(yáng)的旋轉(zhuǎn)律動(dòng)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在影響和控制著地球上生物的一切運(yùn)動(dòng)，而太陽(yáng)是地球上所有生命的能源和動(dòng)力，生命的運(yùn)動(dòng)不能不順從于太陽(yáng)能源的周期性律動(dòng)而隨之律動(dòng)。只有當(dāng)生命的節(jié)奏與自然環(huán)境，特別是能量供應(yīng)的節(jié)奏吻合的時(shí)候，生命才能夠更好地生存，才能在生物演化的過(guò)程中被自然選擇而保存下來(lái)。最常見(jiàn)的日節(jié)律就是植物和動(dòng)物的節(jié)律性晝夜活動(dòng)。植物是地球上早期出現(xiàn)的生命形式，也是食物鏈最底層的物種，它們的養(yǎng)料來(lái)源于陽(yáng)光、空氣和水，它們都需要太陽(yáng)光能來(lái)進(jìn)行光合作用，因此植物的晝夜節(jié)律運(yùn)動(dòng)是最普遍也是最明顯的現(xiàn)象。植物的光合作用把太陽(yáng)光的能量轉(zhuǎn)化成了化學(xué)能，植物的化學(xué)能又被轉(zhuǎn)化為動(dòng)物的化學(xué)能。生物的食物鏈實(shí)際上就是一個(gè)能量的傳遞鏈，這條鏈的源頭所吸收的是太陽(yáng)光的能量。太陽(yáng)光在地球上的律動(dòng)導(dǎo)致了地球上食物鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的律動(dòng)，因此最普遍和常見(jiàn)的生物鐘就是以晝夜24小時(shí)為周期的生物鐘。由于太陽(yáng)光一方面給生物提供能量，另一方面也對(duì)生物的大分子如DNA有損傷作用，因此生物也演化出了為保護(hù)生物大分子而躲避強(qiáng)光的生物鐘行為，如動(dòng)物為避免中午太陽(yáng)的高溫而在早晨和傍晚覓食的生物鐘行為。類(lèi)似地，食物鏈上的上下游物種之間也演化出了按時(shí)攝食和躲避被食的生物鐘行為。因此，生物鐘的形成是環(huán)境的選擇，環(huán)境選擇了能適應(yīng)環(huán)境周期性變化的生物周期性行為。

3 生物鐘的發(fā)現(xiàn)和早期研究

對(duì)生物鐘的早期研究可分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是對(duì)生物鐘現(xiàn)象的描述和對(duì)其性質(zhì)的研究。早期的代表人物為18世紀(jì)的法國(guó)天文學(xué)家讓-雅克?道托思?麥蘭(Jean-Jacques d’Ortous de Mairan)和法國(guó)農(nóng)學(xué)家亨利-路易斯?杜哈麥?芒修(Henri-Louis Duhamel du Monceau)，以及19世紀(jì)的瑞士植物學(xué)家艾爾芬斯?坎道拉(Alphonse de Candolle)。他們從觀察植物葉子的律動(dòng)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)自主的、內(nèi)源性的生物鐘的存在，但他們?nèi)说墓ぷ髟诋?dāng)時(shí)并沒(méi)有引起科學(xué)界的注意。近代對(duì)生物鐘廣泛且深入的研究是從20世紀(jì)中期開(kāi)始的。德國(guó)生物學(xué)家歐文?本林(Erwin Bunning)、尤金?沃爾特?路德維格?阿紹夫(Jürgen Walther Ludwig Aschoff)和美國(guó)生物學(xué)家科林?皮登覺(jué)(Colin Pittendrigh)是生物鐘(也稱(chēng)時(shí)間生物學(xué))研究領(lǐng)域的創(chuàng)始人。本林研究的是植物的葉閉合活動(dòng)的生物鐘行為；阿紹夫研究的是人的體溫、活動(dòng)等和鳥(niǎo)類(lèi)的一些生物鐘行為；而皮登覺(jué)研究的則是果蠅運(yùn)動(dòng)的生物鐘行為。三個(gè)人所研究的生物系統(tǒng)雖然不同，但三個(gè)人都總結(jié)出相同的關(guān)于生物鐘的幾個(gè)基本特征：

(1)生物鐘是內(nèi)源的、自主的、不依賴(lài)于環(huán)境變化的生物節(jié)律；

(2)晝夜節(jié)律的生物鐘周期不是精確的24小時(shí)，而是接近于24小時(shí)；

(3)生物鐘具有溫度補(bǔ)償?shù)男阅?，能在不同的溫度條件下保持穩(wěn)定；

(4)光照不是產(chǎn)生節(jié)律的原因，但能夠調(diào)節(jié)和重置晝夜節(jié)律生物鐘的相并使其同步。

生物鐘研究的第二個(gè)階段是對(duì)生物鐘在動(dòng)物體內(nèi)定位的研究。美國(guó)約翰?霍普金斯大學(xué)的瑞科特(Curt Paul Richter)在20世紀(jì)60年代以大鼠為模型，用手術(shù)的方法在大鼠大腦的各個(gè)部位做了200多次實(shí)驗(yàn)后，最終發(fā)現(xiàn)大鼠下丘腦的前端是大鼠生物鐘的中心。后來(lái)美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的朱可(Irving Zucker)教授和他的學(xué)生史泰芬(Friedrich Stephan)以及芝加哥大學(xué)的莫爾(Robert Moore)教授對(duì)下丘腦作了進(jìn)一步的精確損傷研究，發(fā)現(xiàn)下丘腦前端的視交叉上核是啟動(dòng)大鼠生物鐘的關(guān)鍵元件。當(dāng)他們?nèi)藶榈負(fù)p傷視交叉上核時(shí)，大鼠的內(nèi)分泌節(jié)律和行為節(jié)律就喪失，由此判定視交叉上核可能是大鼠生物鐘的起搏器。

最終確定視交叉上核為生物鐘中心的是日本東京大學(xué)的井上進(jìn)一(Shin-Ichi Inouye)和川村宏(Hiroshi Kawamura)。他們直接測(cè)量了視交叉上核神經(jīng)細(xì)胞在體內(nèi)和體外的電生理活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)視交叉上核神經(jīng)細(xì)胞的電生理活動(dòng)是以24小時(shí)為周期的日節(jié)律活動(dòng)，由此確定了視交叉上核為哺乳動(dòng)物生物鐘的振蕩器。后來(lái)的許多實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明，哺乳動(dòng)物的很多節(jié)律性行為和生理活動(dòng)，如睡眠、運(yùn)動(dòng)、警覺(jué)、激素水平、體溫、免疫功能、消化功能等，都受視交叉上核調(diào)控。雖然后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)體內(nèi)其他許多細(xì)胞和組織也都有它們自己的以24小時(shí)為周期的生物鐘，但視交叉上核起到了一個(gè)調(diào)控和協(xié)調(diào)周?chē)M織的生物鐘保持同步運(yùn)行的作用，從而被稱(chēng)為“主鐘”。視交叉上核一方面是大腦中許多直接從視網(wǎng)膜接受神經(jīng)信號(hào)的核之一，通過(guò)視網(wǎng)膜下丘腦束從視網(wǎng)膜上的一些光敏神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中接受信號(hào)；另一方面它和大腦的其他許多部分相互作用，將信號(hào)傳遞給大腦的其他部位。

4 生物鐘基因的發(fā)現(xiàn)和分子機(jī)理研究

對(duì)生物鐘的分子機(jī)理研究主要是在果蠅中展開(kāi)的，最早研究果蠅生物鐘行為的科學(xué)家是美國(guó)加州理工學(xué)院的西摩?本澤教授。他和他的學(xué)生羅納德?科諾普卡在1971年首先運(yùn)用遺傳學(xué)的方法，用化合物誘導(dǎo)了果蠅DNA的突變，然后從發(fā)生了基因突變的子代果蠅中篩選到了生物鐘行為發(fā)生改變的果蠅突變種。這些變種果蠅有的是完全失去了日節(jié)律的變種，叫“無(wú)周期突變”。有的雖然仍然保持規(guī)律性的運(yùn)動(dòng)，但它們的日節(jié)律周期變得長(zhǎng)短不一：有的比24小時(shí)長(zhǎng)，叫“長(zhǎng)周期突變”；有的比24小時(shí)短，叫“短周期突變”。而且，這些突變的性狀是能夠遺傳的。這些遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)揭示了生物鐘基因的存在，首次向科學(xué)界證明果蠅的生物鐘行為是基因調(diào)控的。本澤和科諾普卡將他們發(fā)現(xiàn)的生物鐘基因命名為“周期基因”(period/per)，并在果蠅的基因染色體上確定了per基因的位置。這是世界上第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的生物鐘基因。

最終證明和明確基因是生物鐘行為的決定因素是生物鐘基因的克隆。當(dāng)本澤和他的學(xué)生科諾普卡發(fā)表關(guān)于果蠅生物鐘突變種的時(shí)候，美國(guó)布蘭達(dá)斯大學(xué)的霍爾和羅斯巴什注意到了這一發(fā)現(xiàn)的重大意義，于是他們倆就決定合作來(lái)克隆這個(gè)果蠅的生物鐘基因。經(jīng)過(guò)2年多的努力，羅斯巴什和霍爾的實(shí)驗(yàn)室在1984年從果蠅中克隆到了第一個(gè)生物鐘基因：period/per基因[1,8]。與此同時(shí)，洛克菲勒大學(xué)的邁克爾?楊也克隆到了per基因[6]。繼per基因之后，另外幾個(gè)生物鐘元件基因clk、cyc、tim、cry、dou、vri、pdp1、cwo等也相繼被克隆。10 年后，當(dāng)時(shí)在美國(guó)西北大學(xué)(Northwestern University)的高橋(Joseph Takahashi)又在1994年發(fā)現(xiàn)了小鼠的生物鐘基因clk(clock)，并在1997年克隆了小鼠clk基因，成為發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物生物鐘基因的第一人。從此，生物鐘的研究發(fā)生了根本的改變，從對(duì)現(xiàn)象的描述和對(duì)機(jī)理的猜測(cè)，進(jìn)入在細(xì)胞和分子的水平上解析生物鐘的元件和闡明機(jī)理的研究。

經(jīng)過(guò)30年的研究，科學(xué)家現(xiàn)在對(duì)動(dòng)物中以24小時(shí)為周期的生物鐘的構(gòu)成和機(jī)理已經(jīng)有了基本了解。動(dòng)物生物鐘的循環(huán)律動(dòng)基本上是一個(gè)基因表達(dá)的負(fù)反饋環(huán)路，是一個(gè)基因表達(dá)的振蕩器。在這個(gè)負(fù)反饋環(huán)路中，有兩個(gè)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的異二聚體蛋白起了關(guān)鍵作用：一個(gè)是直接作用于DNA促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子CLK和CYC的二聚體CLK-CYC，另一個(gè)是抑制CLK-CYC轉(zhuǎn)錄功能的PER和TIM的二聚體PER-TIM。CLK-CYC的功能是促進(jìn)一系列包括PER-TIM在內(nèi)的和生物鐘行為相關(guān)的基因的表達(dá)。這些基因的啟動(dòng)子部位都有一段稱(chēng)為E盒元件的DNA序列，CLK-CYC二聚體作用于E盒序列促進(jìn)這些基因的表達(dá)。表達(dá)后的PER和TIM蛋白先在細(xì)胞質(zhì)中逐漸累積，到了晚上當(dāng)兩種蛋白累積達(dá)到一定的量后又被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核中轉(zhuǎn)而抑制CLK-CYC的轉(zhuǎn)錄活性，從而抑制它們自己以及所有CLK-CYC下游基因的表達(dá)，減少被表達(dá)的量。而在細(xì)胞質(zhì)中的PER蛋白被逐漸水解，從而構(gòu)成了一個(gè)以24小時(shí)為周期的負(fù)反饋調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的振蕩器TTFL(圖2)[2-4]。

這種以24小時(shí)為周期的節(jié)律具有一種特性，就是它的起始點(diǎn)或相位可以被光照重新設(shè)置。這個(gè)重設(shè)置過(guò)程也是一個(gè)由蛋白質(zhì)介導(dǎo)的生物化學(xué)過(guò)程。在果蠅中，這個(gè)有重設(shè)置功能的蛋白稱(chēng)為cryptochrome(CRY)。CRY蛋白有感光的功能，它和TIM的相互作用是光依賴(lài)的，并且這種相互作用的結(jié)果是TIM的降解。失去TIM的PER蛋白不穩(wěn)定，最終也在有光照的白天被降解，其結(jié)果就是減少了對(duì)CLK-CYC二聚體功能的抑制，從而使得CLK-CYC介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄重新開(kāi)始[10]。

對(duì)其他物種的生物鐘研究表明，動(dòng)物中的生物鐘基因相似，但和植物和微生物的基因不同。然而，盡管不同種生物的生物鐘基因有差異，但它們的工作原理都是類(lèi)似的，都是基因表達(dá)的負(fù)反饋調(diào)節(jié)。這個(gè)負(fù)反饋調(diào)節(jié)構(gòu)成了所有生命所共有的、最基本的生物化學(xué)反應(yīng)的振蕩器——基因表達(dá)的振蕩器。這個(gè)基因表達(dá)振蕩器決定了生物的生物鐘行為。

5 生物鐘的功能

所有的生物性狀都是自然對(duì)生物適應(yīng)環(huán)境的變化選擇的結(jié)果。有利于生存和繁殖的性狀就在生物演化的過(guò)程中被自然選擇保留了下來(lái)，反之則被淘汰。生物鐘也是一樣。生物鐘是生物在長(zhǎng)年的演化過(guò)程中被環(huán)境選擇出來(lái)的一種預(yù)見(jiàn)和預(yù)警機(jī)制，它預(yù)見(jiàn)一個(gè)規(guī)律性事件的發(fā)生，通常是食物和危險(xiǎn)的出現(xiàn)。生物鐘讓一個(gè)生物個(gè)體預(yù)見(jiàn)到食物的定時(shí)出現(xiàn)，而提前準(zhǔn)備并及時(shí)到場(chǎng)；生物鐘也預(yù)見(jiàn)不利于生理活動(dòng)的事件，比如高溫和寒冷的定時(shí)出現(xiàn)，而提前規(guī)避。能掌握環(huán)境變化規(guī)律并預(yù)見(jiàn)環(huán)境變化的物種顯然有生存和繁殖的優(yōu)勢(shì)，因此被自然所選擇。生物鐘的元件和機(jī)理就是這樣在長(zhǎng)期的生物演化過(guò)程中被自然選擇保留了下來(lái)，成為了普遍的生命現(xiàn)象。

圖2 果蠅生物鐘基因表達(dá)的負(fù)反饋調(diào)控模型[12]

圖3 人體的生物鐘[12]

人的生物鐘就是人體內(nèi)隨時(shí)間作周期變化的生理生化過(guò)程、形態(tài)結(jié)構(gòu)以及行為等現(xiàn)象。人體的各種生理指標(biāo)，如脈搏、體溫、血壓、體力、情緒、智力等，都會(huì)隨著晝夜變化作周期性變化(圖3)。

生物鐘的正常工作對(duì)人的健康起著重要作用。生物鐘基因的突變導(dǎo)致生物鐘行為的失常。生物鐘失調(diào)會(huì)導(dǎo)致失眠、體乏、抑郁、免疫功能低下甚至產(chǎn)生包括腫瘤在內(nèi)的各種疾病。根據(jù)人的生理生化活動(dòng)的周期性變化，人可以合理安排一天的活動(dòng)，從而使工作和休息效率達(dá)到最高，也使得人的身心健康狀態(tài)達(dá)到最佳。

6 結(jié)語(yǔ)

律動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本形式，生物鐘是大自然中各種自然鐘的一種，是生命物質(zhì)適應(yīng)物質(zhì)世界基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種生命運(yùn)動(dòng)形式，是大自然對(duì)生物演化的選擇。環(huán)境鐘選擇了基因鐘，基因鐘決定生物行為鐘。生物鐘賦予生命以預(yù)見(jiàn)和應(yīng)對(duì)自然環(huán)境變化的能力。了解和順應(yīng)大自然賦予我們的生物鐘，會(huì)使我們的生活更加健康、和諧和愉悅。

(2017年11月22日收稿)

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Biological clock, the gene and environment-determined behavior: A brief introduction to the Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017

YU Qiang
Shanghai Institute of Materia Medica, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201203, China

The 2017 Nobel Prize in physiology or medicine was awarded to three scientists from the United States, Jeffrey C. Hall,Michael Rosbash, and Michael W. Young, for their discoveries of genes and molecular mechanisms of the biological clock of fruit flies. The biological clock, also called circadian rhythm, is any biological process that oscillates with a period of about 24 hours. It is a common and basic phenomenon of lives in nature. The discoveries of clock genes and the elucidation of the molecular mechanisms of the clock shed lights on the understanding of the nature of life, particularly the relationships among genes, behaviors, and environments, and provide the bases for applications of the principles of the biological clock in our life.

Nobel Prize, biological clock, biological rhythm, gene, behavior

10.3969/j.issn.0253-9608.2017.06.003

?通信作者，E-mail: qyu@sibs.ac.cn

(編輯：段艷芳)