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获诺奖的生物钟研究有啥用?军事航天等都需要
时间: 2017-10-08 07:44

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2017年诺贝尔生理学或医学奖——揭开生物钟运作的神秘面纱

play 2017年诺贝尔生理学或医学奖——揭开生物钟运作的神秘面纱

  原标题:释新闻|获诺贝尔奖的生物钟研究有啥用?军事、体育等都需要

  每个人体内都有一个很酷的时钟——生物钟,它由基因和蛋白质打造的,是生物进化的礼物。它掌控着我们每天生活的节奏:什么时候安然入睡,什么时候精神饱满地醒来。

  2017年的诺贝尔生理医学奖在10月2日下午授予生物钟(昼夜节律)研究领域的三位美国科学家杰弗理霍尔、迈克尔罗斯巴什、迈克尔杨。

  他们发现了世界上第一个生物钟基因。受到他们的鼓舞和启发,更多人投身其中,井喷一样,大量的生物钟基因被发现。

  10月2日,长期致力于生物钟研究的苏州大学剑桥-苏大基因组资源中心主任、苏州大学特聘教授徐璎告诉澎湃新闻(),生物钟最初是由好奇驱动的研究,随着生物钟基因的发现,人们进而发现这个系统还与众多疾病相关,更重要的是这个系统可以被用来调控很多的生理和行为过程,因此,生物钟研究在每个阶段都在刷新领域的记录。

  她说,“人体生物钟分为主时钟与周围时钟,授时中心在人类大脑。现在人们对这两类时钟的构造比较清楚了,但两类时钟是如何交流和同步的;以及,如果我们想调这些时钟,该怎么做,这些问题还没有解决。”

  徐璎表示,如何快速有效地调控生物钟,目前已成为军事部门、球队老板、甚至全球金融、政治关注的话题之一,因为他们迫切需要在任何他们需要的时候保持最强大脑,最强体力。

徐璎实验室研究发现,PER2基因突变导致睡眠相位前移,而PER1突变导致摄食相位前移。生物钟研究的商业和军事需求

  徐璎实验室研究发现,PER2基因突变导致睡眠相位前移,而PER1突变导致摄食相位前移。生物钟研究的商业和军事需求

  徐璎告诉澎湃新闻,生物钟研究获诺奖的呼声从来没有断过。原因之一是生物钟的广泛性。

  地球上几乎所有物种(线虫、果蝇、斑马鱼、灵长类动物、人等)的所有的生理活动和行为、都受到生物钟的调控。

  从基因层面,在各种组织高达10%-43%的基因是受生物钟控制,但该领域是一个相对小众,它的重要性不是能够用像“生与死”来形容从而得到重视的学科。借诺贝尔奖之手,该领域再次被点亮。

  徐璎说,生物钟是让人们能够适应日出而作,日落而息的昼夜生活环境。然而现代社会,光污染随处可见,由此,与生物钟有关的很多疾病正在增加。研究发现,重度抑郁症自杀患者脑内的生物钟基因明显表达异于常人,轮替班工种肿瘤的风险与组织器官内的生物钟紊乱有关。人类的死亡时间的分布,重大事故出现频率,心脏病突发、哮喘发作和关节炎疼痛的时间等都呈现了24小时的节律,包括目前人们关注的肠道菌群也受到生物钟的调控,当然这些过程很多都是相互作用的。

  从美国东部到美国西部,因为跨越多个时区,时差可能会对NBA(美国男子职业篮球联赛)篮球运动员的竞技水平带来明显的负面影响。而球队经理们很乐意找到快速应对滞后生物钟的方法,这是生物钟药物的商业市场之一。

  此外,什么方法可以让士兵快速地调整生物钟,适应战地环境,缩短睡眠时间,甚至一直保持清醒,打造超级战士,世界各国的军方也都非常感兴趣。如美国国防部先进研究局(DARPA)专攻“恢复与维持战斗人员效能”。

  徐璎还提到宇航员。宇航员到地球以外的星际空间去,也需要调整自己的生物钟,因为宇宙中可能没有一个星球拥有地球这样正好24小时的昼夜节律,而生活在地球上的生物是由于地球24小时昼夜自转而演化出来的系统,所以我们想去星空世界,还需要克服我们内置的生物钟。

  据澎湃新闻此前报道,华中科技大学教授张珞颖表示,有研究发现,农药在不同的时段使用,杀虫效果不同。因为昆虫的抵抗力受生物钟的影响。

  这些都是生物钟研究成果的潜在应用。

花钟瓷盘由日本生物钟研究早年先驱者KEN_ICHI HOMA制作,作为礼物送给徐璎。药物、饮食均可以影响生物钟

  花钟瓷盘由日本生物钟研究早年先驱者KEN_ICHI HOMA制作,作为礼物送给徐璎。药物、饮食均可以影响生物钟

  但与药物相比,徐璎更倾向于选择相对soft(柔和)的方法,比如光照、饮食、运动等手段来调节生物钟。

  她说,在目的地合适的时间晒晒太阳,在合适时间适当运动,是一个好的方法。但她更强调在合适时间的饮食,及吃什么都会帮助你迅速调整时差,这里特别强调了合适时间,需要依据个体生物钟的时间来调整,这是一个真正体现个体化治疗,精准医疗的领域。

  此外,国际多个团队的研究表明,含有大量脂肪的高脂饮食会减小生物钟的振幅,而限制热量摄入的限制性饮食,可以增大生物钟的振幅。

  徐璎说,日本很多大的食品企业都在与生物钟科学家合作研究营养成分对生物钟的影响,很多美国药企也都在关注时间治疗学。

  徐璎解释说,振幅是最高点和最低点的差值,当这一数值增大,它像是外界告诉生物钟的一个非常清晰的强信号,内外同步一下吧!让人体和细胞快速地被调动起来,削减内外时差。

  而高脂饮食却把内外交流的这一信号缩小了,像是蒙上了生物钟的耳朵,得过且过。

  倒时差就是因为人体内的生物钟与外在时间不同步了。身体已经到了国外,体内的生物钟却还停留在北京时间。这也再次证明了人体生物钟的独立和自由,它是人体内在的一个钟表,即使没有外界信息也能够自主运转。

  但更重要的是,它可以被调节,它能够感受到外界光线、温度、饮食等的变化,这些信息能够导引机体内置生物钟,从而改变其基因的表达。

  即使不刻意地干预,身体内的生物钟也会慢慢地赶上目的地的昼夜节奏,但调整得比较慢,调整的过程相对漫长。

  同时,当季节发生变化的时候,环境日长日短变化的时候, 生物钟也能够感受温度与光线的变化,从而帮助大家适应季节性变化。

  徐璎说,生物钟像一个钟摆一样左右摇摆,有周期、振幅和相位等三个参数。其数学曲线非常像余弦曲线:几点睡觉,几点清醒相当于相位,生物钟这把尺子有多长,相当于周期,清醒多久相当于振幅。

  她认为,生物钟研究可能是生命科学领域最早被数学化的领域之一,以进行深入地理论研究。

  人体生物钟大约25小时左右

  
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