研究人員正在尋找能夠支配生理節(jié)奏并存在于所有生物中的普適生物鐘 。
25億年前出現(xiàn)的能夠制造氧氣的原始生命或許已經(jīng)開始運行最早的生物鐘了 。5月15日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇頗具爭議的論文指出 ， 可吸收氧呼吸作用所產(chǎn)生的有毒副產(chǎn)物——例如過氧化氫——的酶能夠以周期的形式出現(xiàn)盈虧，并存在于生命的各種形式當中 。
 
幾乎所有的生物都能夠通過被稱為生物鐘的生化機制來保持內(nèi)在的時間 。領導這項最新研究的英國劍橋大學生化學家Akhilesh Reddy表示，在缺乏外部信號，例如陽光的情況下，這些循環(huán)大約為一個周期24小時，但它們也能夠通過對外部信號進行響應來加以重置 。例如，一位旅客如果要從時差中恢復，則必須重新設定自己的生物鐘 。
 
生物鐘被深深纏繞在一個有機體的日常生活中 。它們幫助植物的葉片尋找捕獲陽光的時機 ， 并且為黑脈金斑蝶在北美洲導航 。缺乏生物鐘的單細胞藻類是無法存活的 。
 
Reddy指出，盡管生物鐘至關重要且普遍存在，但在不同生物體內(nèi)控制生物鐘的基因卻不盡相同 。例如，擬南芥（Arabidopsis thaliana）的生物鐘基因與果蠅和哺乳動物的相關基因便相去甚遠，這表明生物鐘并不是從一個共同的祖先進化而來的 。Reddy說：“我們似乎覺得這個周期被反復‘發(fā)明’了5次 。”
 
在尋找一臺“普適”生物鐘的過程中，Reddy和同事將目光投向了一類名為抗氧化蛋白的酶，它們存在于幾乎所有的生命形式中 。這種酶的周期介乎于兩種化學態(tài)之間，這主要取決于它是否與過氧化氫發(fā)生反應，后者是對細胞有害的氧呼吸作用的一種副產(chǎn)品 。2011年，Reddy的研究小組報告稱 ， 在兩種化學態(tài)之間的人體紅細胞和海藻中的過氧化還原酶的周期約為24小時 。
 
如今，Reddy的研究小組將他們的觀測結(jié)果擴展到小鼠、果蠅和植物，以及細菌與古生菌當中，其中古生菌是30多億年前進化出的第一種細胞生命形式 。在缺乏陽光的前提下 ， 過氧化還原酶也能夠在所有這些有機體中保持時間，而這正是生物鐘的一個主要特點 。
 
研究人員發(fā)現(xiàn)，過氧化還原酶，或稱為代謝生物鐘并不依賴于其他生物鐘 。Reddy指出，代謝生物鐘的許多內(nèi)部機制還沒有搞清 。
 
但Reddy認為，過氧化還原酶是所有生物鐘祖先的一個很好的候選者 。他和同事假設 ， 作為對光合作用在細菌中出現(xiàn)的一種響應，這種系統(tǒng)在約25億年前出現(xiàn) 。這導致了氧氣在地球大氣中的逐漸積累，即所謂的“大氧化事件” 。
 
美國芝加哥市西北大學費因伯格醫(yī)學院的內(nèi)分泌學家Joseph Bass對這項研究表示贊賞，但他同時指出：“我認為我們依然沒有完全搞清是何種支配性的壓力導致了生物鐘的進化 。”
【生物鐘或在25億年前已經(jīng)出現(xiàn)】
中國科學報 趙路

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