实时剖析生物钟

随着我们的身体和思想不断适应最近的时间变化，社会上关于是否将夏令时永久固定、取消夏令时或继续目前的半年一次时钟调整的争论仍在继续。

随着这些讨论的继续，加州大学圣地亚哥分校的科学家及其同事在理解生物钟、与光照-黑暗暴露同步的 24 小时周期及其运作方式方面取得了进展(昼夜节律和睡眠研究的科学家建议考虑光照和黑暗暴露时，永久标准时间是最健康的选择)。

内部生物钟存在于整个生命之树中，有节奏地影响日常活动和行为。两年前，一个由多机构组成的研究小组首次在试管中组装了一个生物钟，以探测时钟节律和相互作用的组成部分。

“体外时钟”帮助研究人员分析时钟的组成部分如何在每日昼夜节律周期的不同时间相互作用以控制基因表达。

由加州大学圣地亚哥分校和加州大学默塞德分校的研究人员领导的一项新研究在此基础上进行了扩展，开发了一种研究生物钟如何与环境实时同步的方法。正如《国家科学院院刊》杂志所述，实时功能使他们能够更深入地探索时钟以前未知的内部功能，包括时间设置信号如何从其核心(称为振荡器)传输到表达式确保正常运作的时钟的基因。

生物科学学院博士后学者方明旭和教授Susan Golden及其同事研究了一种称为蓝藻的水生单细胞生物，它具有与人类功能相似的生物钟。他们的目标是使用体外时钟来检查当蓝细菌的时钟在分子水平上重置时会发生什么，类似于我们的生物钟在旅行期间如何经历时区变化。他们的新高通量方法使他们能够立即跟踪结果，而不是在以前的系统下连续三到四天从体外反应中收集样本。

最重要的实时发现之一集中在生物钟的组件上，这些组件负责将昼夜节律从核心振荡器传递到基因表达。研究人员发现，有节奏地修改调节器以产生昼夜节律基因表达的元素——称为激酶的催化酶——也在时钟的运作方式中发挥着至关重要的作用。

“在它被发现后的头二十年里，大部分研究都集中在核心振荡器上，”Fang 说。“我们现在发现，以前被认为只是输出成分的激酶实际上是整个时钟的一部分。”

方说，这一发现类似于植根于物理学的一个概念，称为观察者效应，其中观察行为也会影响观察到的系统。在这种情况下，为了获得核心振荡器保持的时间信息(观察行为)，激酶给核心(观察系统)带来干扰。

“激酶需要通过物理相互作用询问核心振荡器现在几点，因此它们以可感知的方式影响核心，”加州大学圣地亚哥分校昼夜节律生物学中心教授兼主任戈尔登说。“这是它们自然功能的一部分，现在我们看到它们已经成为机器的一部分。”

事实上，正常运作的生物钟需要两种激酶。研究昼夜节律生物学的研究人员经常将核心振荡器称为时钟的“齿轮”，将两种激酶称为时钟的“指针”，两者都是正确报时所必需的。

“我们现在知道，时钟的指针实际上是计时机制的一部分，”Golden 说。“如果你没有两只手，它们就无法正确设置时间，因为其中一只是稳定器，另一只是重置信号的扰动器，而你两者都需要。”