（原標(biāo)題：釋新聞獲諾貝爾獎(jiǎng)的生物鐘研究有啥用,？軍事、體育等都需要）

每個(gè)人體內(nèi)都有一個(gè)很酷的時(shí)鐘——生物鐘,，它由基因和蛋白質(zhì)打造的,，是生物進(jìn)化的禮物。它掌控著我們每天生活的節(jié)奏：什么時(shí)候安然入睡,，什么時(shí)候精神飽滿(mǎn)地醒來(lái),。

2017年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)在10月2日下午授予生物鐘（晝夜節(jié)律）研究領(lǐng)域的三位美國(guó)科學(xué)家杰弗理霍爾、邁克爾羅斯巴什,、邁克爾楊,。

他們發(fā)現(xiàn)了世界上第一個(gè)生物鐘基因。受到他們的鼓舞和啟發(fā),，更多人投身其中,，井噴一樣，大量的生物鐘基因被發(fā)現(xiàn),。

10月2日,，長(zhǎng)期致力于生物鐘研究的蘇州大學(xué)劍橋-蘇大基因組資源中心主任,、蘇州大學(xué)特聘教授徐瓔告訴澎湃新聞，生物鐘最初是由好奇驅(qū)動(dòng)的研究,，隨著生物鐘基因的發(fā)現(xiàn),，人們進(jìn)而發(fā)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)還與眾多疾病相關(guān)，更重要的是這個(gè)系統(tǒng)可以被用來(lái)調(diào)控很多的生理和行為過(guò)程,，因此,，生物鐘研究在每個(gè)階段都在刷新領(lǐng)域的記錄。

她說(shuō),，“人體生物鐘分為主時(shí)鐘與周?chē)鷷r(shí)鐘,，授時(shí)中心在人類(lèi)大腦。現(xiàn)在人們對(duì)這兩類(lèi)時(shí)鐘的構(gòu)造比較清楚了,，但兩類(lèi)時(shí)鐘是如何交流和同步的,；以及，如果我們想調(diào)這些時(shí)鐘,，該怎么做,，這些問(wèn)題還沒(méi)有解決?！?/p>

徐瓔表示,，如何快速有效地調(diào)控生物鐘，目前已成為軍事部門(mén),、球隊(duì)老板,、甚至全球金融、政治關(guān)注的話題之一,，因?yàn)樗麄兤惹行枰谌魏嗡麄冃枰臅r(shí)候保持最強(qiáng)大腦,，最強(qiáng)體力。

徐瓔實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn),，PER2基因突變導(dǎo)致睡眠相位前移，而PER1突變導(dǎo)致攝食相位前移,。

生物鐘研究的商業(yè)和軍事需求

徐瓔告訴澎湃新聞,，生物鐘研究獲諾獎(jiǎng)的呼聲從來(lái)沒(méi)有斷過(guò)。原因之一是生物鐘的廣泛性,。

地球上幾乎所有物種（線蟲(chóng),、果蠅、斑馬魚(yú),、靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物、人等）的所有的生理活動(dòng)和行為,、都受到生物鐘的調(diào)控,。

從基因?qū)用?，在各種組織高達(dá)10%-43%的基因是受生物鐘控制，但該領(lǐng)域是一個(gè)相對(duì)小眾,，它的重要性不是能夠用像“生與死”來(lái)形容從而得到重視的學(xué)科,。借諾貝爾獎(jiǎng)之手，該領(lǐng)域再次被點(diǎn)亮,。

徐瓔說(shuō),，生物鐘是讓人們能夠適應(yīng)日出而作，日落而息的晝夜生活環(huán)境,。然而現(xiàn)代社會(huì),，光污染隨處可見(jiàn)，由此,，與生物鐘有關(guān)的很多疾病正在增加,。研究發(fā)現(xiàn)，重度抑郁癥自殺患者腦內(nèi)的生物鐘基因明顯表達(dá)異于常人,，輪替班工種腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)與組織器官內(nèi)的生物鐘紊亂有關(guān),。人類(lèi)的死亡時(shí)間的分布，重大事故出現(xiàn)頻率,，心臟病突發(fā),、哮喘發(fā)作和關(guān)節(jié)炎疼痛的時(shí)間等都呈現(xiàn)了24小時(shí)的節(jié)律，包括目前人們關(guān)注的腸道菌群也受到生物鐘的調(diào)控,，當(dāng)然這些過(guò)程很多都是相互作用的,。

從美國(guó)東部到美國(guó)西部，因?yàn)榭缭蕉鄠€(gè)時(shí)區(qū),，時(shí)差可能會(huì)對(duì)NBA（美國(guó)男子職業(yè)籃球聯(lián)賽）籃球運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技水平帶來(lái)明顯的負(fù)面影響,。而球隊(duì)經(jīng)理們很樂(lè)意找到快速應(yīng)對(duì)滯后生物鐘的方法，這是生物鐘藥物的商業(yè)市場(chǎng)之一,。

此外,，什么方法可以讓士兵快速地調(diào)整生物鐘，適應(yīng)戰(zhàn)地環(huán)境,，縮短睡眠時(shí)間,，甚至一直保持清醒，打造超級(jí)戰(zhàn)士,，世界各國(guó)的軍方也都非常感興趣,。如美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究局（DARPA)專(zhuān)攻“恢復(fù)與維持戰(zhàn)斗人員效能”。

徐瓔還提到宇航員,。宇航員到地球以外的星際空間去,，也需要調(diào)整自己的生物鐘，因?yàn)橛钪嬷锌赡軟](méi)有一個(gè)星球擁有地球這樣正好24小時(shí)的晝夜節(jié)律,，而生活在地球上的生物是由于地球24小時(shí)晝夜自轉(zhuǎn)而演化出來(lái)的系統(tǒng),，所以我們想去星空世界,，還需要克服我們內(nèi)置的生物鐘。

據(jù)澎湃新聞此前報(bào)道,，華中科技大學(xué)教授張珞穎表示,，有研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)藥在不同的時(shí)段使用,，殺蟲(chóng)效果不同,。因?yàn)槔ハx(chóng)的抵抗力受生物鐘的影響。

這些都是生物鐘研究成果的潛在應(yīng)用,。

花鐘瓷盤(pán)由日本生物鐘研究早年先驅(qū)者KEN_ICHI HOMA制作，作為禮物送給徐瓔,。

藥物,、飲食均可以影響生物鐘

但與藥物相比，徐瓔更傾向于選擇相對(duì)soft（柔和）的方法,，比如光照,、飲食、運(yùn)動(dòng)等手段來(lái)調(diào)節(jié)生物鐘,。

她說(shuō),，在目的地合適的時(shí)間曬曬太陽(yáng)，在合適時(shí)間適當(dāng)運(yùn)動(dòng),，是一個(gè)好的方法,。但她更強(qiáng)調(diào)在合適時(shí)間的飲食，及吃什么都會(huì)幫助你迅速調(diào)整時(shí)差,，這里特別強(qiáng)調(diào)了合適時(shí)間,，需要依據(jù)個(gè)體生物鐘的時(shí)間來(lái)調(diào)整，這是一個(gè)真正體現(xiàn)個(gè)體化治療,，精準(zhǔn)醫(yī)療的領(lǐng)域,。

此外，國(guó)際多個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究表明,，含有大量脂肪的高脂飲食會(huì)減小生物鐘的振幅,，而限制熱量攝入的限制性飲食，可以增大生物鐘的振幅,。

徐瓔說(shuō),，日本很多大的食品企業(yè)都在與生物鐘科學(xué)家合作研究營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)生物鐘的影響，很多美國(guó)藥企也都在關(guān)注時(shí)間治療學(xué),。

徐瓔解釋說(shuō),，振幅是最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的差值，當(dāng)這一數(shù)值增大，它像是外界告訴生物鐘的一個(gè)非常清晰的強(qiáng)信號(hào),，內(nèi)外同步一下吧,！讓人體和細(xì)胞快速地被調(diào)動(dòng)起來(lái)，削減內(nèi)外時(shí)差,。

而高脂飲食卻把內(nèi)外交流的這一信號(hào)縮小了，像是蒙上了生物鐘的耳朵,，得過(guò)且過(guò),。

倒時(shí)差就是因?yàn)槿梭w內(nèi)的生物鐘與外在時(shí)間不同步了。身體已經(jīng)到了國(guó)外,，體內(nèi)的生物鐘卻還停留在北京時(shí)間,。這也再次證明了人體生物鐘的獨(dú)立和自由，它是人體內(nèi)在的一個(gè)鐘表,，即使沒(méi)有外界信息也能夠自主運(yùn)轉(zhuǎn),。

但更重要的是，它可以被調(diào)節(jié),，它能夠感受到外界光線,、溫度、飲食等的變化,，這些信息能夠?qū)б龣C(jī)體內(nèi)置生物鐘,，從而改變其基因的表達(dá)。

即使不刻意地干預(yù),，身體內(nèi)的生物鐘也會(huì)慢慢地趕上目的地的晝夜節(jié)奏,，但調(diào)整得比較慢，調(diào)整的過(guò)程相對(duì)漫長(zhǎng),。

同時(shí),，當(dāng)季節(jié)發(fā)生變化的時(shí)候，環(huán)境日長(zhǎng)日短變化的時(shí)候,，生物鐘也能夠感受溫度與光線的變化,，從而幫助大家適應(yīng)季節(jié)性變化。

徐瓔說(shuō),，生物鐘像一個(gè)鐘擺一樣左右搖擺,，有周期、振幅和相位等三個(gè)參數(shù),。其數(shù)學(xué)曲線非常像余弦曲線：幾點(diǎn)睡覺(jué),，幾點(diǎn)清醒相當(dāng)于相位，生物鐘這把尺子有多長(zhǎng),，相當(dāng)于周期,，清醒多久相當(dāng)于振幅。

她認(rèn)為，生物鐘研究可能是生命科學(xué)領(lǐng)域最早被數(shù)學(xué)化的領(lǐng)域之一,，以進(jìn)行深入地理論研究,。

人體生物鐘大約25小時(shí)左右

徐瓔表示，早年的生物鐘研究者,，很多人將自己作為受試者,，長(zhǎng)期生活在洞穴或是廢棄的煤礦等完全黑暗、隔絕的環(huán)境里研究人體生物鐘,，他們發(fā)現(xiàn)人體生物鐘是大約25小時(shí)左右,，也發(fā)現(xiàn)有些人達(dá)到33小時(shí)，而實(shí)驗(yàn)最常用的C57BL6小鼠的生物鐘是23.7小時(shí)左右,。

幾乎所有生物的生物鐘都不是正確的24小時(shí),，人們受環(huán)境晝夜節(jié)律的影響，自動(dòng)匹配到24小時(shí),，所以我們每天都需要重新設(shè)定一下這個(gè)鐘,。這個(gè)機(jī)制保障了生物鐘的調(diào)控功能。

在徐瓔的描述里,，人類(lèi)的生物鐘像是一把長(zhǎng)度約為25小時(shí)的尺子,，倒時(shí)差就是撥動(dòng)這把尺子，讓它在各個(gè)時(shí)區(qū)里向滑動(dòng),，改變清醒的時(shí)間等,，但尺子的長(zhǎng)度不變。

在研究中,，除了25小時(shí)長(zhǎng)的尺子,，人們還發(fā)現(xiàn)了23小時(shí)長(zhǎng)和20小時(shí)長(zhǎng)的各種尺子。

徐瓔在美國(guó)UCSF的FU&Ptacek實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候,，接觸了一個(gè)特別病例,。該女性患者所在家族的成員，比一般人早睡早起大約三-四個(gè)小時(shí),。她看了很多醫(yī)生,，在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，大多數(shù)醫(yī)生們都認(rèn)為這是一類(lèi)精神錯(cuò)亂的疾病,，但相應(yīng)的治療沒(méi)有效果,。

直到一位接診的醫(yī)生CR.Jones發(fā)現(xiàn)，這應(yīng)該不是精神疾病,，并且注意到了這個(gè)患者的家族史,，然后聯(lián)系了當(dāng)時(shí)研究遺傳性疾病很強(qiáng)的FU&Ptacek實(shí)驗(yàn)室。

FU&Ptacek是人類(lèi)遺傳學(xué)的先驅(qū)者,，一直從事在人類(lèi)生物鐘行為異常與基因的關(guān)系,，他們發(fā)現(xiàn)了Dec2基因?qū)λ唛L(zhǎng)短的影響,，發(fā)現(xiàn)了PER3基因?qū)竟?jié)性情感的影響。后者也是華中科技大學(xué)張珞穎教授此前在他們實(shí)驗(yàn)室完成的研究工作,。

CR.Jones醫(yī)生記錄了這位老太太的行為與體溫周期,，發(fā)現(xiàn)她的行為與體溫周期明顯短于25小時(shí)，大約為23小時(shí),，因此定義了這類(lèi)疾病為睡眠相位異常,，該家族成員所患的是早起早睡綜合征。FU&Ptacek實(shí)驗(yàn)室的研究人員Toh因此克隆到了相關(guān)基因,，而這個(gè)基因正好就是三個(gè)Nobel獎(jiǎng)在果蠅里發(fā)現(xiàn)的PER基因,。

這是第一次將生物鐘與人類(lèi)疾病聯(lián)系了起來(lái)，在果蠅中只有一個(gè)PER基因,，而在人里有三個(gè)PER(Per1，Per2,，Per3),。

徐瓔取了這位老太太的深層組織進(jìn)行培養(yǎng)，她發(fā)現(xiàn),，與徐瓔的和實(shí)驗(yàn)室的其他志愿者的同類(lèi)組織相比,，這位老太太的PER2蛋白不能夠像常人一樣在夜間累積，該患者的PER2基因和蛋白都發(fā)生了變異,。

當(dāng)她把這個(gè)突變基因引進(jìn)到小鼠,，小鼠的生物鐘周期縮短到20小時(shí)，并且在正常日照的24小時(shí)晝夜交替情況下,，它存在早睡早起現(xiàn)象,。但是當(dāng)把該實(shí)驗(yàn)小鼠置于“10小時(shí)光照+10小時(shí)黑暗”的20小時(shí)晝夜周期中時(shí)，它的早起早睡的現(xiàn)象消失了,。

此后,，徐瓔實(shí)驗(yàn)室還發(fā)現(xiàn)，PER1的突變能夠?qū)е滦∈髷z食行為提前,，所以生物鐘對(duì)行為的影響確實(shí)很大,。

說(shuō)到這里，徐瓔表示,，她特別想感謝當(dāng)時(shí)的一位志愿者,、Ptacek的弟弟。她印象非常深的是,，他們沒(méi)有注意到Ptacek的弟弟有凝血障礙,，他捐獻(xiàn)皮下組織后曾出血不止。

CR.Jones醫(yī)生對(duì)患者的觀察非常仔細(xì),，在他評(píng)分得到的另一個(gè)家系里,，徐瓔等人發(fā)現(xiàn)了與PER對(duì)應(yīng)功能的突變基因CK1,。

攜帶該基因突變位點(diǎn)的家族成員不僅有早起早睡癥狀，一些家族成員患有哮喘和偏頭痛,，一個(gè)女性家族成員的生理周期只有19天,，而一般人是28天左右。

這樣看來(lái),，25小時(shí)長(zhǎng)的尺子在日常生活中可以匹配到24小時(shí),，但23.1小時(shí)的尺子，在自動(dòng)匹配時(shí),，也就是內(nèi)在時(shí)鐘（生物鐘）與外部時(shí)間同步時(shí),，好像遇到了問(wèn)題。徐瓔說(shuō)這個(gè)周期可能容忍2小時(shí)左右的差異,。該如何解決他們的困擾,，比如拉伸這把尺子？科學(xué)家尚未找到解決方案,。

據(jù)徐瓔介紹,，2017年的諾獎(jiǎng)生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者之一的邁克爾楊等人今年發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）上的最新的研究論文稱(chēng)，他們?cè)诿绹?guó)發(fā)現(xiàn)了一些晚睡晚起的家系,，并發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致其晚睡晚起的基因Cry1,。該家族的成員凌晨?jī)扇c(diǎn)才能入睡，一直要睡到午后才能醒來(lái),。但是這些家族成員的生物鐘周期有多長(zhǎng),，目前還不清楚,。

徐瓔表示，這種晚睡晚起癥狀也可能也其生物鐘周期的長(zhǎng)短變化無(wú)關(guān)，也可能是生物鐘的相位變化導(dǎo)致的,。要回答這些問(wèn)題,，研究人員需要將這些基因突變引進(jìn)動(dòng)物模型,，進(jìn)行進(jìn)一步的研究,，才有揭開(kāi)謎底。

如何調(diào)控生物鐘還沒(méi)有更多辦法

徐瓔說(shuō),，學(xué)術(shù)界共同的努力讓越來(lái)越多生物鐘基因被發(fā)現(xiàn),，但如何調(diào)控生物鐘，人們還沒(méi)有更多辦法,。

但怎么調(diào)生物鐘呢,？

徐瓔的建議是，從主時(shí)鐘入手,。

徐瓔告訴澎湃新聞,，人體生物鐘被分為主時(shí)鐘和周?chē)鷷r(shí)鐘兩種。主時(shí)鐘像是授時(shí)中心,，告訴周?chē)鷷r(shí)鐘現(xiàn)在是幾點(diǎn),?？茖W(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，大腦中名為視交叉上核（SCN）的核團(tuán)是主時(shí)鐘,，利用電信號(hào),、多肽、激素等神經(jīng)信號(hào)和體液,，來(lái)告訴心肝脾肺腎等器官該處于什么樣的狀態(tài),，并同步化它們，并保證后者在最佳時(shí)間狀態(tài)配合完成它們特有的生理功能,。

SCN有兩萬(wàn)多個(gè)神經(jīng)元組成,，它位于人類(lèi)大腦的下丘腦區(qū)域，它可以分泌多種神經(jīng)多肽,，也可以輸出神經(jīng)電信號(hào),，以此來(lái)與周?chē)鷷r(shí)鐘同步。但SCN主時(shí)鐘的時(shí)間源頭是光線通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)傳來(lái)的電信號(hào),。

“如何調(diào)控SCN的主時(shí)鐘,，讓它與自然環(huán)境中的時(shí)間同步；SCN的主時(shí)鐘如何與不同組織器官中的周?chē)鷷r(shí)鐘同步化,；相關(guān)信號(hào)如何從細(xì)胞表面一步步傳遞到細(xì)胞核，還有很多秘密等待被解開(kāi),，還有很多工作要做,，”徐瓔說(shuō)。

徐瓔說(shuō),，生物鐘領(lǐng)域的研究最早可以追溯到18世紀(jì),。當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)觀察到含羞草的相關(guān)現(xiàn)象。即使不碰它,，即使數(shù)天讓它處在黑暗中,，它也會(huì)按照一定的周期開(kāi)閉葉片。一些植物的開(kāi)花時(shí)間也是,，按照時(shí)辰,，準(zhǔn)時(shí)開(kāi)花，人們據(jù)此制作了“花鐘”,。

她表示,，中國(guó)人很早就關(guān)注到“時(shí)辰”、“子午流注”,、“陰陽(yáng)中的此消彼長(zhǎng)”等概念,，觀察也很仔細(xì)，也有過(guò)相關(guān)描述,。但可惜的是,，這些探索僅僅停留在描述階段,，沒(méi)有尋找生物節(jié)律背后的基因或根源，沒(méi)有用科學(xué)的方法,，特別是跟上現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)發(fā)展的步伐,，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)雖然有這些觀察，而沒(méi)有能夠發(fā)展成學(xué)科,。

徐瓔表示,，中國(guó)目前有30多個(gè)實(shí)驗(yàn)室在致力于生物鐘領(lǐng)域及相關(guān)的研究，研究人員們成立了生物節(jié)律分會(huì),，隸屬于中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)會(huì),。2013年，國(guó)家自然基金委在104期“雙清論壇”上以“生物鐘研究進(jìn)展及重要前沿科學(xué)問(wèn)題的探討”主題開(kāi)展了充分討論,，布局了中國(guó)生物鐘研究的重點(diǎn)方向并且形成了戰(zhàn)略報(bào)告,。目前，基金委的重點(diǎn)項(xiàng)目,，科技部的項(xiàng)目及航天項(xiàng)目等,，都有生物鐘研究人員參與其中，她期待中國(guó)的“腦計(jì)劃”能夠?qū)⒅袊?guó)的生物鐘研究帶到一個(gè)更高的層面,。

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