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標題: 小小果蠅蘊藏奧妙的生理機制 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2018-2-26 12:19 AM 標題: 小小果蠅蘊藏奧妙的生理機制

[attach]122394063[/attach]　　許多搭乘飛機﹑跨越到另一個時區的人都有這樣的經驗﹕在凌晨4點忽然從睡夢中清醒﹐無論怎麼努力都沒辦法倒頭睡著﹔下午3點突然感受到強烈的飢餓感﹐到了晚餐時間卻毫無胃口﹐反而不停打呵欠。人體似乎有內建的生理時鐘(biological clock)﹐讓我們的體溫﹑血壓﹑激素濃度等各種生理現象與大自然的晝夜交替同步﹐進而影響我們的睡眠﹑進食等行為﹐展現出日變節律(circadian rhythm)。而當外在環境與原本的生理節奏出現歧異﹐體內的生理時鐘也需要重新設定﹐讓我們的生活再度隨著日升日落同步運行。
　　科學家早在1960年代便提出了人體內建生理時鐘的想法。德國馬克士普朗克行為生理學研究所的艾許夫(Jurgen Aschoff)是該領域的先驅﹐他和同事把數名受試者個別關在沒有自然光或其他時間線索的倉庫﹐發現即使在這樣的環境中﹐受試者仍保有大約25小時的睡醒週期(sleep-wake cycle)。美國哈佛大學的柴斯勒(Charles Czeisler)和克諾勞爾(Richard E. Kronauer)也得出類似結論﹐他們讓24名受試者居住在一個僅有些微時間訊息的封閉空間﹐並把此處的光暗週期設定為28小時﹔三個星期之後﹐受試者的生理現象並沒有受到人造環境的影響﹐無論是體溫或血液內激素濃度的變化起伏﹐仍遵循24小時的規律。
　　1972年﹐芝加哥大學的摩爾(Robert Moore)和加州大學柏克萊分校的朱克(Irving Zucker)終於藉由腦損傷研究證實﹐生物體內的確有自行運作的生理時鐘﹐而調控日變節律的關鍵腦區是大腦下視丘中的視叉上核(suprachiasmatic nucleus, SCN)﹐SCN損傷的大鼠無法表現出明顯的日變節律。此外﹐外界的光刺激可經由視神經直接影響SCN﹐進而影響與日變節律相關的其他腦區﹐例如分泌褪黑激素的松果腺。
　　神經解剖研究幫助我們找到了生理時鐘的所在﹐但它究竟是如何運作的呢？要解答這個謎題﹐關鍵是找出生理時鐘運行的分子機制。科學家把目光轉到一個毫不起眼的果蠅。乍看之下﹐果蠅與人類似乎有著巨大差異﹔然而這種體型微小﹑生命週期極短﹑繁殖快速的昆蟲是進行此類研究的絕佳模型﹐讓遺傳學家在短時間內培養出不同的突變種﹐以篩選出相關基因。
　　加州理工學院的科諾卡(Ron Konopka)和班瑟(Seymour Benzer)在1970年代首先以果蠅研究獲得重大突破。他們用誘變劑(mutagen)誘發果蠅產生基因突變﹐並觀察這些果蠅的後代是否表現出作息變化。結果發現﹐絕大部份果蠅的後代維持正常的24小時晝夜週期﹐但其中三種品系例外﹕一種表現出19小時的週期﹐另一種是28小時﹐第三種則沒有任何週期規律可言。
　　這三種果蠅的奇特行為引起數個研究團隊的好奇﹐包括洛克斐勒大學的楊恩(本文作者)﹑布倫戴斯大學的霍爾(Jeffery Hall)和霍華休斯醫學中心的羅斯巴許(Michael Rosbash)等人紛紛對這些變異株展開研究。1980年初﹐這些研究人員發表了相似的研究結果﹕上述三種果蠅品系皆有同一個基因突變﹐而這個位於X染色體的基因也因此命名為period(簡稱per)。此外﹐楊恩實驗室的博士後研究員賽格爾(Amita Sehgal)和普萊斯(Jeffrey Price)也在檢視多達7000隻果蠅後代之後﹐發現另一個與生理時鐘相關的基因timeless(簡稱tim)。tim坐落於第二條染色體﹐一旦發生變異﹐果蠅便無法明顯表現出週期活動。

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