2017年第四次学术沙龙

       2017年11月18日，五字班的九位同学带领我们走进今年的诺奖，以一场主题为“生物昼夜节律”的学术沙龙，揭开了生物钟神秘的面纱。

       第一部分中，帅博闻同学用简练的语句带我们重新理解了生物钟的概念，把属于生物钟的历史娓娓道来。

       广义的生物钟是指生物体所表现的所有生物节律，这种周期性变化的生理生化活动发生在每个生物体，甚至单个细胞中，同时这种节律不仅体现在昼夜变化上，小到心动周期，大到候鸟的迁徙，花开花谢，都可以看做是生物钟的表现。

       那最早是谁提出了生物钟这个概念的呢？早在公元前300年的战国时期，中国的先贤在黄帝内经中就描述了人体的这种周期性现象，同时期的西方也有对于植物叶片节律运动的记录。18世纪法国的天文学家让—雅克 · 道托思 · 麦兰最早使用了较为科学的方法来研究生物节律，之后越来越多的科学家们加入到了研究之中，随着生物钟学（Chronobiology）的创立，作为动物中昼夜节律“起搏器”的视交叉上核的发现，生物钟的产生或者说其中最关键的昼夜节律的发生机理越来越成为生命科学中令人着迷的问题。

       第二部分中，承接着之前讲述的历史，王雪晴、周思言、张心原同学带我们领略了动物中的生物钟。从使用简便而又不简单的方法筛选出果蝇羽化节律（生物节律的重要体现）的突变体到使用红外线管的方式筛选果蝇自主运动的突变体，从使用正向遗传学到将分子生物学的技术引入到基因的研究中，从果蝇到小鼠，短短十几分钟，我们看到了昼夜节律研究发展的关键过程。

      当然，我们也从现有分子机制的层面上更加深入的去理解昼夜节律的发生，我们看到了PER蛋白（period基因产物）和其他的调控原件是如何通过自身转录水平上调控实现内源性的振荡节律，我们也看到了光信号是如何能够重置我们的节律系统，对于生活中的“倒时差”现象有了更深的理解，我们还看到了这种内源性的基因振荡如何通过调控转录因子、RNA聚合酶II的招募、组蛋白修饰等途径输出到细胞内的其他基因的表达上，我们更看到了一个生物体中所有的细胞是如何能够通过激素诱导产生同步的昼夜节律。

      在理解了动物中昼夜节律发现的过程以及现有分子机制的基础上，孔舒尧、沈运浩同学在第三部分向我们展示了植物昼夜节律的研究进展。植物无法移动，很多在动物中的研究方法无法应用到植物中来，那么科学家们如何解决这个问题呢？答案就是分子生物学的技术。科学家通过将一种重要昼夜节律输出通路（CAB蛋白，叶绿素结合蛋白）的启动子和荧光素酶的基因连接，这样昼夜节律就能够通过荧光素酶的表达量来反应。而荧光素酶的多少可以直接通过喷洒荧光素和摄影的方式来记录，这种前沿的研究方法真正的解放了研究人员的“双手”，也理所当然的被应用到了几乎所有动植物昼夜节律的研究之中。

       在这种研究方法的帮助下，研究人员们克隆了一个个相关的基因，建立了与动物之中较为相似的分子模型和内源的振荡系统，当然其中也有不少研究上的缺失，比如基因功能的定义上的偏差。在植物之中，除了转录水平上的修饰，蛋白降解的调控也是昼夜节律形成的重要机制，这种降解不仅是蛋白基团的修饰，也有光信号介导的蛋白互作，这无疑对于昼夜节律的研究有很重要的启示作用，比如小鼠中关键的调控蛋白CRY就是植物中感光色素的同源基因产物。

       最后，第四部分，宋姜沛坤、吴昊、胡彦同学做了总结、思考、前瞻和拓展。这一部分中，我们思考了作为生物振荡器的负反馈回路能否由前馈、正反馈回路替代；总结了生物钟的特性、生物钟的调控因素、生物钟对于生物体健康、免疫、疾病、代谢的影响；讨论了生物钟这种内源性节律对于生物体的意义。同时，我们了解了现在研究昼夜节律的前沿实验室和实验大牛，看看最近的研究进展和方向。我们也从更多的学科看到了振荡器这个概念，了解了通过相空间的方法表示振荡，通过捕食关系和化学反应振荡的对比，扩展了对于振荡的理解。

       在我们的介绍之后，来自北京生命科学研究所NIBS的张二荃老师点评了我们的学术沙龙，讲述了昼夜节律和诺贝尔奖的故事，通过一个个专业的短片，我们更清晰的看到了昼夜节律研究的过程，理解了同学们刚刚讲解的抽象的历史和结果。同时，张二荃老师给我们讲述了自己导师Steve A. Jay的实验室发现荧光素酶这个划时代实验方法的经过，生动丰富了整个学术沙龙，同学们也在之后积极提问，踊跃发言，在一片和谐活跃的气氛中，学术沙龙落下了帷幕。