什么叫生物钟现象

2017年诺贝尔生理学奖授予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:这三位科学家于20世纪80年代在果蝇中发现了第一个影响生物钟的基因Per。

首先要把生物节律和生物钟分开，比如昼夜温差波动，尤其是醒着和睡觉的时候。这是一种常见的生物节律。

图示:体温的昼夜节律。周期性波动发生在36.5到37.5摄氏度之间。

但是，生物节律只是生物钟的外在体现，生物钟是生物体内部的一套计时机制。

和早期大脑生物钟。神经科学家发现，哺乳动物大脑中有一个特定的部分具有明显的昼夜节律周期。这部分位于视交叉上核(SCN)。如果SCN受损，动物将失去其昼夜节律。与哺乳动物不同，鸟类的大脑是由松果体控制的。哺乳动物的松果体已经退化，但在鸟类中仍然很重要。

图示:SCN被认为是哺乳动物的主时钟，它可以被太阳调节。

生物钟是由太阳决定的吗？可惜答案是否定的，否则生物学家早就破译了生物钟之谜。太阳对生物钟有影响，这很重要，但不是生物钟的成因。

因为，即使人被关在山洞里，也可以自己开灯关灯，自己决定什么时候睡觉，什么时候起床，什么时候做饭(这是为了避免外人定时送饭，会给自己一个外时钟的指引，不定时送饭会干扰志愿者的生物钟)。很快他们的活动表现出明显的周期性。但这些自愿住在洞穴里的志愿者，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，经过几天的适应，大部分志愿者的生活都会变得很有规律。

这种非常稳定的周期性生活方式只能由我们有一个真正的内部时钟——生物钟来决定。至于太阳的作用，是用来把我们的自然生物钟校准到24小时。这就是为什么大脑会把生物钟放在SCN，一个可以接受光刺激的核团。

发现不同动物的SCN存在内循环差异，一般在22 ~ 25小时之间。更有趣的是，如果你把一个动物的SCN破坏掉，换上另一个个体的SCN，它也会得到个体的内部时钟，比如22小时到25小时。所以，从神经生物学的角度，我们可以认为SCN确实是我们要寻找的生物钟所在，剩下的任务就是了解视交叉上核是如何周期性变化的。

生物钟会遗传吗？2007年，科学家们找到了8753对成年双胞胎志愿者，并研究了他们的生物钟。结果表明，人的昼夜节律是高度遗传的。其他动物也是如此，这让遗传学家有机会在不知道生物钟如何工作的情况下直奔黄龙，找出控制生物钟的相关基因。事实上，在上个世纪，许多遗传学家都参与了这项工作。他们下了一个大赌注，试图利用基因突变找到控制生物钟的基因，结果真的被他们找到了。

在漫长的研究生物钟的过程中，科学家们慢慢发现果蝇生物钟的内部机制其实和哺乳动物是一样的，这给破解生物钟的遗传机制带来了极大的便利，因为果蝇是生物学家尤其是遗传学家最重要、最常见的研究动物。通过基因研究，科学家已经大致搞清楚了与生物钟相关的基因。

遗传学:以果蝇和小鼠为材料进行基因突变，然后观察昼夜节律变化的突变动物，再分析它们与其他节律正常个体的基因差异，最终发现一些重要基因，如Clock基因、per基因、Cry基因等。这些基因的表达有明显的昼夜节律，同时它们的不同突变会延长或缩短个体的生物钟，甚至完全消失！

当然，找到基因只是为理解生物钟原理提供了核心，但要彻底理解生物钟原理，还得破译蛋白质的功能，才算完整。目前我们还没有完全破译生物钟蛋白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，上述生物钟基因蛋白在大脑特定部位的合成和降解循环，最终会表现为生物钟。