圖:第十屆邵逸夫獎生命科學與醫(yī)學獎獲得者。左起:邁克爾·楊(Michael W Young)、杰弗理·霍爾(Jeffrey C Hall)、邁克爾·羅斯巴殊(Michael Rosbash)。來源:香港《大公報》
據(jù)香港《大公報》報道,所有生物都有自己的作息規(guī)律:人類晚上出現(xiàn)倦意、貓頭鷹晝伏夜出、花朵白天開放晚間收攏……我們通常稱這些晝夜節(jié)律叫“生物鐘”。雖然這個名詞大家耳熟能詳,但關于其本質(zhì)及運作模式一直如蒙娜麗莎微笑般讓人捉摸不透。
第十屆邵逸夫獎生命科學與醫(yī)學獎獲得者杰弗理·霍爾(Jeffrey C Hall)、邁克爾·羅斯巴殊(Michael Rosbash)及邁克爾·楊(Michael W Young)沿著已故西摩·本澤(Seymour Benzer)的研究,用三十年時間探索生物鐘奧秘,終于揭開其神秘面紗,找到了操控晝夜節(jié)律的分子機制。
在他們之前,西摩·本澤曾在果蠅身上發(fā)現(xiàn)一個基因,它經(jīng)過變異,可以將果蠅的生物鐘調(diào)快、調(diào)慢,甚至關閉。雖然這未解釋生物鐘如何運作,但踏出關鍵一步。在西摩啟發(fā)下,本屆邵逸夫生命科學與醫(yī)學獎三位獲獎者利用基因變異果蠅,做了一些開創(chuàng)性實驗。
周期基因決定生物鐘
他們的研究在1984年取得第一個突破:他們發(fā)現(xiàn)若改變果蠅體內(nèi)一組特定基因,其晝夜節(jié)律就會被改變,這組基因被命名為周期基因(period gene,簡稱“the per”)。這個發(fā)現(xiàn)向人們揭示出天然生物鐘是由遺傳基因決定的。
在此基礎之上,霍爾和羅斯巴殊有了第二個突破。他們發(fā)現(xiàn)果蠅腦內(nèi)周期基因的核糖核酸(mRNA)和蛋白水平呈晝夜節(jié)律性變動──它們在早晨濃度較低,而夜晚濃度升高。香港中文大學生物醫(yī)學學院教授陳文樂解釋稱,周期基因的高濃度核糖核酸及蛋白讓人產(chǎn)生睡意,因此人們晚上想睡覺。
發(fā)現(xiàn)控制晝夜節(jié)律
之后,三位科學家進一步深入研究,發(fā)現(xiàn)更多與生物鐘有關的基因(9至12組),并研究出他們的產(chǎn)生、運作機制,了解這些基因的mRNA及蛋白是怎樣控制晝夜節(jié)律的。令人欣喜的是,這些控制果蠅晝夜節(jié)律的機制,也適用于其他生物,包括人類。
陳文樂表示,三位獲獎者的研究,利用簡單的生物(果蠅)為模型,取得重大發(fā)現(xiàn),對生物學家來說板具革新意義。另外,他們的成果為生物及遺傳研究開拓出一片廣闊新領域,“生物鐘及生理控制機制研究在八十年代前完全無人問津,沒人嘗試過。”
霍爾激動地表示,有些人曾經(jīng)對基因研究嗤之以鼻。他說,過去有些哺乳動物學家試圖找出哺乳動物生物鐘運作機制,但一無所獲!熬攀甏暗亩嗄昀铮瑳]人嘗試從基因變異角度研究哺乳動物生物節(jié)律,他們甚至在公開會議上拿它開玩笑!他們覺得從基因角度出發(fā)是愚蠢的,不會有任何發(fā)現(xiàn)!
事實證明,基因?qū)ι镄袨橛绊懢薮。羅斯巴殊表示,雖然目前他們的研究尚不能解決人們睡眠節(jié)奏遺傳病或需倒時差等問題,“但相信建立在現(xiàn)有基礎上,這些問題都將解決,或許不是現(xiàn)在,不是我們,但相信將來會有突破。”