生物钟是什么

生物钟的原理是什么？

2017年的诺贝尔生理学奖，奖给了研究生物钟的科学家，因为他们发现了控制生物钟的基因。

图示：这三名科学家在上世纪八十年代发现了果蝇中第一个影响生物钟的基因Per。

首先我们要把生物节律和生物钟分开，比如昼夜体温波动，尤其是清醒和睡眠时体温的波动，这是常见的生物节律。

图示：体温的昼夜节律。

介于36.5~37.5摄氏度之间发生周期性的波动但是生物节律仅仅是生物钟的外在体现，生物钟是生物自身内在的一套定时机理。

大脑和生物钟早期神经科学家发现，哺乳动物大脑内有一个特定部位的神经电活动具有明显的昼夜周期，这个部位位于视交叉上核区（SCN)，如果毁损SCN，那么动物将丧失昼夜节律。

而鸟类与哺乳动物不同，它们的大脑中是由松果体来控制昼夜节律！松果体在哺乳动物中已经退化，但在鸟类中依然很重要。

图示：SCN被认为是哺乳动物的主钟，它可以接受太阳的调节。

生物钟是由太阳来决定的吗？很遗憾，答案不是，否则生物学家早就破译生物钟的奥秘了，太阳对生物钟有影响，很重要的影响，但不是生物钟的原因。

因为，即便把人关在洞穴中，由他们自己控制开灯关灯，自己决定什么时候睡，什么时候醒，什么时候自己做饭吃（这是为了避免外部人员定时送吃的，会让他们得到一个外部时钟的指导，不定时送吃的，又会干扰志愿者的生物钟）。

很快他们的活动就表现出明显的周期性。

只不过这些志愿生活在洞穴中的志愿者，大多会偏离24小时的周期，而是按照23~25小时的周期生活，总之在几天的适应期后，志愿者们的生活大多都会变得非常规律，这种非常稳定的周期性生活方式，只能是因为我们具有一个真正的，能够自己计时的内部时钟——生物钟来决定的。

至于太阳的作用，是用来将我们并非天生24小时的生物钟，校准到24小时而已。

这也就是为什么大脑将生物钟放到SCN这个可以接受光刺激的神经核团中的原因。

研究发现不同动物的SCN具有内在的周期差异，总的来说介于22~25小时之间。

更有趣的是，如果毁损动物的SCN，再给它替换上另一个体的SCN，那么它也将获得该个体的内在时钟，比如从22小时变成25小时。

到此，从神经生物学的角度，我们可以认为SCN的确就是我们要寻找的生物钟所在之处，剩下的任务是理解视交叉上核区究竟是如何做到周期性变化的。

生物钟会遗传吗？2007年，科学家找到了8753对成年双胞胎志愿者，研究他们的生物钟，结果发现，人的昼夜节律具有很强的遗传性。

而在其他动物中也同样如此，这就给了遗传学家机会，可以在不知道生物钟如何起作用的情况下，直捣黄龙，揪出控制生物钟相关的基因，实际上这方面的工作在上世纪就已经有许多遗传学家投入其中，他们豪赌一场，尝试利用基因突变来寻找控制生物钟的基因，结果还真被他们找到了。

在漫长的研究生物钟的过程中，科学家慢慢发现，果蝇的生物钟和哺乳动物的生物钟的内在机制居然是一样的，这给破解生物钟的遗传机制，带来了极大的方便，因为果蝇是生物学家尤其是遗传学家的最重要最常见的研究动物，通过遗传学方面的研究，科学家已经大致搞明白了生物钟相关的基因。

遗传学家用果蝇和小鼠作为材料，对它们进行基因诱变，然后观察出现生物钟节律变化的突变动物，再分析它们和其它节律正常的个体之间的基因差异，最终找到了一些重要基因，如Clock基因、per基因、Cry基因等等。

这些基因的表达具有明显的昼夜节律，同时它们的不同突变体，会让个体的生物钟延长或缩短，甚至彻底消失！当然找到了基因，只是提供了理解生物钟原理的核心，但要彻底搞明白生物钟的原理，还得破译蛋白质功能之后才算得上完整，目前我们还没有完全破译生物钟蛋白是如何精确控制生物钟的详细机制。

但研究生物钟的科学家已经知道，大脑特定部位上述生物钟基因蛋白质的合成和降解周期，最终就表现为生物钟。

生物钟又称生理钟。

它是生物体内的一种无形的“时钟”，实际上是生物体生命活动的内在节律性，它是由生物体内的时间结构序所决定。

通过研究生物钟，如今已产生了时辰生物学、时辰药理学和时辰治疗学等新学科。

可见，研究生物钟，在医学上有着重要的意义，并对生物学的基础理论研究起着促进作用。