杰弗里·霍尔——解码生物钟

作者: 易群

杰弗里·霍尔:美国遗传学家、美国人文与科学学院院士,2017年诺贝尔生理学或医学奖获得者。他与实验团队克隆了果蝇的周期基因,发现改变基因能够调节果蝇的生物钟。通过研究,他们发现了生物控制昼夜节律的分子机制,阐明了生物钟的内部运转方式。

放弃学医,“爱”上果蝇

杰弗里·霍尔1945年3月3日生于美国布鲁克林,他的父亲是美联社的记者,他十分重视对霍尔的教育,总是鼓励霍尔认真阅读、独立思考、注重观察。在父亲的影响下,霍尔阅读了大量的图书,这也对他今后的人生道路产生了重要影响。

高中时霍尔立志做一名医生。1963年他进入阿默斯特学院学习,在这里,他遇到了一个影响他一生的人——遗传学家菲利普·艾夫斯。在艾夫斯的引导下,霍尔慢慢发现自己的兴趣并不在医学上。他跟着艾夫斯研究果蝇的基因重组和易位诱导技术,并取得了很不错的成绩。果蝇虽然很小,但是构造精密,能够开展大量实验,易于观察。在与这些“小可爱”打交道的过程中,霍尔渐渐爱上了这些“果蝇”。之后,他被老师推荐到西雅图华盛顿大学攻读研究生,由此便开始了研究遗传学的生涯。

特立独行,不走寻常路

1974年,霍尔来到布兰迪斯大学,担任生物学助理教授。29岁的霍尔正处在人生最好的年华,前途一片大好的他却选择了一个冷门的领域——时间生物学。时间生物学主要研究生物体内和时间有关的现象,简单地说,就是关于生物钟的研究。从事这项研究是一个非常漫长难熬的过程,需要耗费大量的精力和时间,因此很少有人愿意研究这一领域。但是,霍尔知道,这就是自己想要研究的方向。对于要面对的困难,霍尔已经做好了准备。

霍尔用遗传学研究生物钟的方法在当时并不被人接受,很多生物钟研究者的思维还很传统,他们更倾向于用非遗传方法研究不同生物的生物钟,甚至有一些人公开反对遗传学研究生物钟的方法。因为自己的研究方法不被接受,而且研究经费不足,霍尔的实验室难以为继便被迫关闭了。

意外惊喜,从歌声中发现生物钟的秘密

20世纪70年代末,霍尔通过与慕尼黑大学的弗洛里安·希尔歇合作,开始研究果蝇的求偶行为与基因的关系。他们对果蝇求偶中的唱歌行为进行研究,发现这些求偶的歌曲都有自己的独特节奏与固定时间。不过,早在20世纪60年代这一现象就被科学家罗恩·科诺普卡发现过:果蝇异常的睡眠-觉醒周期会影响求偶歌的节奏。但这个发现一直被科学界忽略。

经过大量研究和长期实验,1984年,霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈尔克·扬在果蝇体内得到了影响其生物钟的基因。之后,他们对这一基因所控制的蛋白质在夜间和日间活动过程进行记录,终于发现了“生物时钟”的奥秘。几年后,他们在其他动物,包括人类身上也发现了相似的机制。

为了表彰杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈尔克·扬这三位科学家在发现控制昼夜节律的分子机理方面做出的重要贡献,诺贝尔委员会将2017年诺贝尔生理学或医学奖颁给了他们。而他们的这项研究也给予我们很多启示:听妈妈的话,再也不要熬夜了。

(插画绘制/蔡成恩