邁克爾·揚(yáng)、杰弗理·霍爾、邁克爾·羅斯巴什這三名科學(xué)家因?yàn)樵谘芯可镧娺\(yùn)行的分子機(jī)制方面的成就而榮獲2017年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。聽(tīng)起來(lái)好高深，其實(shí)是從基因?qū)用娼忉尀槭裁础叭粘龆?，日落而息”?/p>

春去秋來(lái)，潮漲潮落；花開(kāi)花謝，夜去晝來(lái)；日出而作，日落而息……即生物甚至自然萬(wàn)物的行為都按一定的周期和規(guī)律在運(yùn)行。所有這些，都是自然和生物的節(jié)律，即生物節(jié)律、生物時(shí)鐘、生物周期。從現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)層面獲取生物節(jié)律的最早證據(jù)是在18世紀(jì)。之后，科學(xué)家們開(kāi)始研究生物節(jié)律，并不斷有所發(fā)現(xiàn)。

德國(guó)柏林的醫(yī)生威廉·弗里斯和奧地利維也納的心理學(xué)家赫樂(lè)曼斯·沃博達(dá)宣稱(chēng)，人的體力存在著一個(gè)從出生之日起以23天為一周期的“體力盛衰周期”；人的情感和精神狀況也存在著一個(gè)從出生之日起以28天為一周期的“情緒波動(dòng)周期”。20年后，奧地利的阿爾弗雷德·特爾切爾教授也聲稱(chēng)發(fā)現(xiàn)了人的智力存在著一個(gè)從出生之日起以33天為一個(gè)周期的“智力強(qiáng)弱周期”。后來(lái)人們稱(chēng)這三人的發(fā)現(xiàn)為“人體生物三節(jié)律”。

1971年，美國(guó)加州理工學(xué)院的本澤和他的學(xué)生科羅普卡研究和尋找到可以控制果蠅晝夜節(jié)律的基因——周期(Period)基因，簡(jiǎn)稱(chēng)Per基因。由此，Per基因的發(fā)現(xiàn)成為人們認(rèn)識(shí)生物內(nèi)源性節(jié)律的一個(gè)良好開(kāi)端，但只靠這個(gè)基因還是無(wú)法解釋為何生物具有24小時(shí)節(jié)律以及在白晝和黑夜有不同的行為的機(jī)理。

霍爾和羅斯巴什團(tuán)隊(duì)，以及邁克爾·揚(yáng)團(tuán)隊(duì)，各自獨(dú)立地從果蠅體內(nèi)克隆(分離和提取)出了Per基因，并且把這個(gè)基因編碼產(chǎn)生的蛋白稱(chēng)為Per蛋白。在夜晚Per蛋白會(huì)在果蠅體內(nèi)積累，到了白天又會(huì)被分解。由此，Per蛋白會(huì)在不同時(shí)段有不同的濃度，以24小時(shí)為周期增加和減少，與晝夜節(jié)律驚人地一致。

霍爾和羅斯巴什就此提出了一個(gè)假說(shuō)來(lái)解釋?zhuān)篜er蛋白可以讓Per基因失去活性，即Per蛋白與Per基因形成了一個(gè)抑制反饋的環(huán)路，Per蛋白可以抑制基因合成自己，這就形成了Per基因一個(gè)連續(xù)而循環(huán)的24小時(shí)節(jié)律。當(dāng)Per基因有活性的時(shí)候，可以合成Per信使RNA，后者進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后開(kāi)始合成Per蛋白。隨后，Per蛋白進(jìn)入細(xì)胞核，逐漸積累，抑制Per基因的活性，使其生產(chǎn)Per蛋白減少。這樣產(chǎn)生了一個(gè)抑制性的反饋機(jī)制，形成了晝夜節(jié)律。

霍爾和羅斯巴什的研究又表明，每當(dāng)夜晚，Per蛋白就會(huì)在細(xì)胞核里積聚，那么，它們是如何進(jìn)入細(xì)胞核的？

這個(gè)問(wèn)題通過(guò)邁克爾·揚(yáng)的研究獲得了圓滿解釋。1994年，邁克爾·揚(yáng)發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)節(jié)律基因—Tim基因。Tim基因可以編碼Tim蛋白，后者可以與Per基因產(chǎn)生的Per蛋白相互結(jié)合，共同起作用，形成生物節(jié)律。后來(lái)，邁克爾·揚(yáng)又發(fā)現(xiàn)了DBT基因生物節(jié)律基因，這個(gè)基因編碼DBT蛋白。DBT蛋白又可延遲Per蛋白的積累，因此，讓Per蛋白增加和減少的周期固定在24小時(shí)左右。

1994年，科學(xué)家高橋發(fā)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物的生物時(shí)鐘基因，比較完整地解釋了人和動(dòng)物的生物鐘是由Clock基因和蛋白、Per基因和蛋白、Tim基因和蛋白、DBT基因和蛋白這4種基因和蛋白共同作用，進(jìn)而形成了動(dòng)物和人24小時(shí)生物節(jié)律。