生物钟研究简史

生命体随地球自转、昼夜更替而呈现生理、生化、行为活动的节律性变化，这种生命现象被称作昼夜节律，是演化选择的结果。昼夜节律是众多生命节律的一种，通常被称为生物钟。人类对昼夜节律的认识经历了漫长历程。

18世纪的法国物理学家、天文学家和时间生物学家让•雅克•德奧图斯•德马兰是一个发现昼夜节律的人。他注意到含羞草的叶片在白天张开、晚上闭合，之后他将含羞草置于完全黑暗的环境中，发现叶片仍会随着昼夜交替有序地开放和闭合。德马兰的发现证明这种周期性变化不依赖于光，提示内源性生物钟的存在。

为了明确生物钟在生物体内的部位及其构成，美国约翰•霍普金斯大学的瑞科特在大鼠大脑的各个部位进行实验。瑞科特发现当下丘脑前端被损伤时，大鼠的多种生物节律被破坏，以此确定下丘脑前端是其生物钟的中心。而后多个实验进一步表明，下丘脑前端的视交叉上核是启动生物钟的关键元件，哺乳动物睡眠、运动、警觉、激素水平、体温、消化功能、免疫功能等多种生理、生化或行为活动都受视交叉上核调控。

美国科学家西莫尔•本泽尔和他的学生罗纳德•科诺普卡致力于研究果蝇生物钟行为。经过一系列遗传学实验揭示了生物钟基因的存在。20世纪70年代，他们用化学物诱导果蝇 DNA 突变，从发生了基因突变的子代中筛选到了昼夜节律被扰乱的果蝇变种。果蝇变种的昼夜节律可能变短、变长或完全消失，且这种性状是可以遗传的。他们将发现的生物钟基因命名为“周期基因”$2period/per$3，并在果蝇染色体上确立了period/per基因的位置。

2017年诺贝尔生理学或医学奖获奖者杰弗里•霍尔和边克尔•罗斯巴什于1984年从果蝇中克隆出了period/per基因，同时另一位获奖者迈克尔•杨也克隆出了这个基因。继period / per基因之后，另外多个生物钟元件基因也相继被克隆。从此，生物钟研究进入细胞和分子水平，生物钟构成和机制也在之后30多年的研究中逐渐明晰。