生物钟获诺奖quot人体排毒时间表
北京时间10月2日下午5点30分，年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，3位美国科学家JeffreyC.Hall,MichaelRosbash和MichaelW.Young获奖。获奖理由是“发现了调控昼夜节律（生物钟）的分子机制”。
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我们的身体是如何“知道”时间的？——谈谈“生物钟”
地球上绝大多数的生物都有以24小时为周期的生活节律。对于人和许多动物来讲，最明显的节律莫过于清醒和睡眠状态的交替。我们在清晨醒来，开始一天的生活和工作；在傍晚感到有倦意，想上床休息。除了作息规律，我们的身体内部也每天经历周期性的变化。血压、体温、激素分泌、肠胃蠕动等生理活动也按一定的顺序周期性地变化。
除了动物，植物也有每日的周期。光合作用和与其有关的化学反应在白天进行，晚上停止。含羞草、合欢等豆科植物的叶片就在晚上合闭，白天打开。每种开花植物都在每天某个固定的时段开花。比如牵牛花在凌晨4时左右开花，到八时左右闭合；而昙花则在晚上8，9点钟才开，而且开花时间很短（在干燥的地方只有一、两个小时），所以有“昙花一现”的说法。
就是最简单的单细胞生物如细菌，也表现出有昼夜节律。比如地球上最古老的生物之一，蓝绿藻（cyanobateria），在白天进行光合作用，放出氧气；而为获取氮元素而进行的固氮反应，由于对氧气敏感，只能在晚上进行。这就要求有某种机制把这两个过程在时间上分开。
生物活动有周期节律的根本原因，是地球的自转。地球每24小时左右自转一周，被太阳光照射的地方（处于白天）和照不着的地方（处于黑夜）不断变化，造成昼夜交替。为了适应这种情况，地球上的多数生物都具有以24小时为周期的生理节律。由于太阳光是光合作用的能源，对于进行光合作用的生物来讲，白天是进行这种活动的唯一时间。对于动物来讲，依赖于阳光（无论是直射光还是漫射光）的视觉信号能够提供周围世界瞬时而精确的三维信息，对于生存的重要性超过嗅觉和听觉，所以白天对于动物的行动是有利的。比如鹿有很灵敏的嗅觉和听觉，但是无法靠这两种感觉来判断什么地方有树木挡路，周围地形的详细情况如何，因而无法在眼睛看不见的情况下快速逃跑。老虎可以凭借嗅觉和听觉知道鹿大概在什么方向，但是无法知道鹿的确切位置，奔跑方向、以及眼前的地形。
由于至今还不完全清楚的原因，所有具备一定规模神经系统的动物都需要睡眠。睡眠时动物不再运动，视觉能力也大大减弱或消失。把睡眠时间选择在光照微弱的夜晚自然是更好的选择。为了减少被捕食的机会，有些动物选择晚上活动（如老鼠）。一些以这些动物为食的捕猎者（如猫头鹰）也必须在晚上活动。它们都为此发展出了良好的夜视力。但是在夜晚靠视力来活动毕竟不如白天，所以这样的动物只是少数。
对于这种现象，我们早已经知道而且习惯了。但是我们上面所谈的，只是生物的行为所表现出来的节律性，并不能证明生物自身就带有“钟表”，从而可以在没有外界刺激的情况下“知道”时间。比如我们可以把动物早上醒来解释为是由于光线的刺激；睡觉是由于光线暗了，使人发困。有阳光时，光合作用自然可以进行。天一黑，光合作用自然就停止了。含羞草的叶子晚上合闭，也许是某种化合物“感觉”到了光照的消失，从而发出信号使叶片合闭。
一句话，生物可以从光线的变化来判断时间。光线状况和太阳的位置就是生物的“钟表”，生物可以按照外部世界的光信号来决定自己的行为。这种解释看上去也挺有道理的。比如许多农民并不戴手表，却可以通过“看太阳”而知道什么时候该下地了，什么时候该回家吃饭，而且准确度相当高，常常是一个村子的人从不同的方向同时扛着锄头回家。
但是有些现象却难以用“阳光钟”来解释。比如进行过跨洋旅行的人都能感受到“倒时差”的难受。到了新地方，阳光指示的是上午，但是我们却困得不行，眼睛都睁不开。到了晚上，该睡觉了吧，我们却异常清醒，毫无睡意。要过好几天，这种“昼夜颠倒”的情况才能改正过来。
为了弄清这种情况的原因，科学家们把实验者保持在完全的黑暗中，断绝一切从外部来的光信号。在这种情况下，实验者仍然有发困和苏醒的周期，而且基本上还是24小时。用动物做实验，也得到了类似的结果。动物的睡眠和活动仍然以近于24小时的周期进行。这说明我们（以及地球上绝大多数的生物）的身体里可能“自带”有某种“钟表”，因而可以在没有外界信号的情况下仍然“知道”时间。不仅如此，把生物的一些细胞取出来，放在实验室里面培养，一些基因的活动仍然呈现大致24小时周期节律，说明细胞里面就可以“装”下一个“钟表”。
生物自身的这种“钟表”可以使生物“预测”昼夜的周期变化。由于生物自身的“钟表”是与外部世界的周期（主要是光照的变化）不断进行“对表”而进行调节的，生物自身的周期在大多数情况下也和外部的昼夜交替周期一致。这样，我们的身体就不用根据外界的信号来判断时间和被动地调节身体的活动和状况，而是使用自身的，和外部世界“对过表”的“钟表”来主动调节身体的状况，以适应外部环境的变化。这就比单纯按照外部刺激来改变身体状况和行为方式更为有利。动物的生理过程是极其复杂的，不能说变就变。如果没有自身“测定”时间的机制，外部刺激的突然变化（比如白天进入密林或者洞穴）就会造成生理上的混乱。虽然自身的“钟表”和大自然的周期有时会冲突（比如上夜班和倒时差），但是在大多数情况下，有自己的“钟表”还是有利得多，所以地球上（也许在其它也有昼夜变化的星球上）的绝大多数生物都有自己的“生物钟”。
我们的身体是“血肉之躯”，难以想象身体里面的“生命材料”如何能“做出”一个“钟表”来。所以问题是：这种“生物钟”是如何构成，又是如何“操作”的呢？
“生物钟”由反馈回路构成
细胞里面没有金属齿轮，没有发条，没有指针，当然不会有机械的“钟表”。细胞“知道”时间的方式，是发展出能够周期性“振荡”的生理过程。根据这种“振荡”进行到什么“相位”，细胞就能“知道”时间。“相位”就相当于钟表的指针。
振荡过程可以由负反馈来实现。如果一个过程的产物或者后果反过来抑制这个过程，这个作用就叫做负反馈。在我们的日常生活中，应用负反馈的例子很多，厕所的抽水马桶就是一个例子。放水以后水箱开始进水，上升的水面不断抬高连在一根杠杆上的浮球，而杠杆又和进水阀门相连。当水面上升到一定高度时，进水阀就被杠杆关闭。也就是说，水面上升的同时又为水面停止上升准备了条件。当水又被放掉，浮球带着杠杆下降，放水阀打开，水箱才能重新进水，重复前面的过程。如果水进满以后就开始放水，就会形成水面高低的周期性振荡。水箱上水的时间和放水需要的时间加起来，就是振荡的周期。
类似的过程也可以在细胞里实现。细胞里面有数以万计的基因，但不是每个基因都是“活动”的，即处于“打开”的状态。要打开基因，需要蛋白质结合到基因的“开关”（学术名称叫“启动子”，英文为promoter）上。开关一打开，储存在DNA中的“密码”（为蛋白质分子里面的氨基酸顺序“编码”的DNA序列）就被“抄录”（学术名称叫“转录”）到“信使核糖核酸”RNA的分子中。这个结合于基因“启动子”上面的蛋白质分子因为能使“转录”过程开始，所以叫做“转录因子”。
细胞里面还有专门的用氨基酸“装配”成蛋白质的“装配车间”，它们按照RNA中的信息（相当于“产品订单”）把20种氨基酸按一定的顺序连接起来，成为蛋白质。这个过程叫做“翻译”，即把密码中的信息变成蛋白质分子的实际序列。
在多数情况下，这些新生成的蛋白质分子都和自己基因的“开关”没有关系，打开为自己编码的基因的“任务”由其它基因编码的蛋白质分子来执行。但是如果一种蛋白质能够反过来作用于为自己编码的基因的“开关”，抑制自身的生成，就是一个负反馈机制。如果细胞里生成的这种蛋白质足够多，就可以把“自己的”基因的“开关”完全“关掉”。这相当于水箱里面的水面上升，最后关掉进水阀。
如果这种蛋白质又能随后被细胞除掉（这相当于水箱的“放水”，专业术语是蛋白质的“降解”），蛋白质对基因的抑制就可以解除，基因又开始“表达”，合成新的RNA和蛋白质。通过这种方式，这种蛋白质在细胞里面的浓度就可以呈现周期性的变化。蛋白质浓度的周期性变化本身就带有时间的信息，比如什么时候到达最高值，什么时候到达最低值。如果细胞能够“感知”这个浓度变化的“相位”，细胞就可以“知道”时间。
无论是水箱里面水面高低的振荡，还是细胞里面蛋白质浓度的振荡，都需要物质和能量不断的“投入”，或者说“流过”。水箱需要具有一定势能（高水位）的水不断的供应，后者需要消耗建造RNA和蛋白质的材料（核苷酸和氨基酸）和能量（ATP）。就像钟表要“上弦”或使用电池一样，“生物钟”也是要靠能量来推动的。
说到这里，“生物钟”运行的基本原理似乎很“简单”。但是在实际上，“生物钟”却是非常复杂的。要担当人体如此复杂的肌体的“节律控制器”，“生物钟”必须要满足以下条件：
一是能够在没有外界刺激信号（比如昼夜的周期性光照变化）的条件下“独立”工作。即“生物钟”有自己产生并保持基本节律的能力。
二是周期必须在24小时左右。过长或过短都不能满足要求。很多化学振荡系统的周期都很短，必须有延长它们的办法。
三是产生“生物钟”节律的细胞群中的各个细胞之间，振荡周期必须同步，否则细胞之间的不同节律会互相抵消。
四是必须与身体的各种活动相连，这样振荡周期的信息才能传递给身体的各个部分，控制它们活动的节律。
五是周期的“相位”（比如高峰出现的时间）必须可调。人脑中“生物钟”的周期接近24小时，但不是正好24小时。所以这个“生物钟”必须按照外部环境的24小时周期来“对表”（与外界的昼夜周期相符）和“矫正”（调整快慢），否则人体的“生物钟”的“相位”就会逐渐漂移，与外界的24小时节律脱节。
六是“生物钟”的周期必须对温度变化不敏感。一般化学反应的速度都随着温度升高而加快。除了恒温动物以外，大多数生物的体温是变化的。如果“生物钟”的周期随温度变化，这个“生物钟”就会像一块走时不准，而且时快时慢的手表一样，对生物不但没有用处，还会造成混乱。要把主要是通过化学反应形成的“生物钟”的周期长度变得对温度变化不敏感，是一个难题。
所以真的“生物钟”决不会只有前面说的反馈回路那么简单，而是有各种复杂的“支路”和多层次的调节系统。数学模拟常常要用到复杂的微分方程，即使是这样，“生物钟”是如何做到上面六点的，现在也还不完全清楚，这篇文章的规模也不容许对所有这些问题做详细的讨论。但是“生物钟”核心部分的运作原理，还是前面说过的反馈机制，可以用形象的语言来描述。下面我们就以人脑中的“生物钟”为例，具体说明真实的“生物钟”的基本构造和运作方式。
人脑中的生物钟
哺乳动物（包括人）脑中的“生物钟”位于“下丘脑视交叉上核”（suprachiasmaticnucleus，简称SCN），即位于视神经交叉处上方的一对细胞团。虽然人的SCN只有大米粒大小，却控制着人体的昼夜节律。动物试验表明，破坏SCN，昼夜节律就完全消失，说明SCN是哺乳动物身体节律的“中心控制器”。
我们在前面谈到，要组成细胞里面最基本的“生物钟”，需要一个基因，需要使基因的“开关”被“打开”的“转录因子”，需要把基因里面的“密码”实现为蛋白质序列的“转录”和“翻译”过程，并且要求生成的蛋白质能够反过来把“自己的”基因“关掉”，还需要一个机制，把这个具有抑制作用的蛋白质分子“降解”掉，以便解除抑制，使周期重新开始。
在SCN的细胞中，起反馈抑制作用的不是一个蛋白，而是由两个蛋白质分子彼此结合组成的“二聚体”。这两个蛋白质的名称分别为PER和CRY。为这两个蛋白质编码的基因分别叫做per和cry。在这里，我们用斜体小写字母来表示基因的名称，而用大写的同样字母来表示基因的蛋白质产物。
把per和cry两个基因“打开”的“转录因子”也不是一个蛋白，而是由BMAL1和CLOCK两个蛋白质分子组成的“二聚体”。它们与这两个基因的“启动子”相作用，使它们开始“转录”和“翻译”的过程，产生蛋白质PER和CRY。
看到这里，你也许会问：这些基因的名字怎么这么奇怪啊？原来这些名称来自基因英文名称前三个字母（如果名称只有一个词），或者是由多个词组成的英文名称中，这些词汇的头一个字母所组成。比如per就是period的头三个字母；cry不是“哭泣”的意思，而是cryptochrome的头三个字母。clock虽然自己也是一个词，还是“时钟”的意思，其实是由CircadianLo白癜风有效治疗白癜风信息
