身体如何测量时间

摘要

地球上大多数生命都遵循与地球自转相关的24小时昼夜节律。在哺乳动物中，大脑的视交叉上核作为"主时钟"，接收光信号并同步全身细胞。六种关键蛋白（CLOCK、BMAL1、PER1、PER2、CRY1、CRY2）组成分子钟，通过日夜交替的结合与解离调控基因表达。深入理解这一机制有望开发治疗时差反应和夜班适应的药物。

内容框架与概述

文章开篇指出，尽管只有人类佩戴手表，但几乎所有生命体都拥有内置的24小时生物钟。昼夜节律影响睡眠、体温、激素水平和免疫系统，当节律被打乱时会导致疲劳，长期夜班工作甚至与糖尿病、心脏病和癌症相关。

文章核心部分详细解释了生物钟的分子机制。哺乳动物大脑中的视交叉上核充当主时钟，接收阳光信号并协调全身细胞。在分子层面，CLOCK和BMAL1蛋白在黎明时结合DNA启动日间基因表达，而PER和CRY蛋白家族则在夜间将其拉离DNA，形成持续终生的日夜循环。

文章最后介绍了该领域的最新研究进展：生物化学家Carrie Partch揭示了蛋白质无序区域的重要功能；病原体可能利用宿主的昼夜节律进行感染；蓝藻的三蛋白时钟不仅能追踪昼夜，还能感知季节变化。

核心概念及解读

昼夜节律（Circadian Rhythm）：与地球自转周期同步的约24小时生物节律，几乎调控生物体所有生理过程，是生命与环境同步的基础机制。

视交叉上核（Suprachiasmatic Nucleus）：位于哺乳动物大脑中的"主时钟"，负责接收视网膜传来的光信号，并将时间信息同步至全身各处的细胞时钟。

分子钟蛋白复合体：由CLOCK、BMAL1、PER1、PER2、CRY1、CRY2六种蛋白组成，通过日间激活与夜间抑制的反馈循环，构成细胞水平的计时齿轮。

蛋白质无序区域：Partch团队发现，蛋白质的动态非结构区域在时钟调控中至关重要，例如CRY1通过结合BMAL1的无序尾部来抑制其功能。

蓝藻季节感知：最简单的生物钟存在于蓝藻中，仅由三种蛋白构成，但最新研究表明其昼夜节律系统还能感知并适应季节变化。

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