古代生物的生物鐘揭秘

　　室溫下的藍藻生物鐘，三個蛋白滴答滴答轉個不停，我們很難理解它的發條機制。將它們凍住后，我們就可以仔細觀察它們的外觀和裝配細節。

　　10年之前，藍藻體內的生物鐘僅由三種蛋白組成：KaiA,，KaiB和KaiC。2015年，日本科學家在Science雜志上報道：只要加一點能量（ATP），這三種蛋白在試管中能以24小時為周期持續運行幾天。它們像是齒輪、彈簧和平衡器組成的機巧而精準的瑞士表。盡管這只生物鐘的構造相對簡單，但是科學家們至今還不能闡明該系統是如何精密運行的。

　　科學家是如何破解它的運行機制的呢？“解析藍藻中生物鐘是如何運行的技巧是使時間停止”，荷蘭烏得勒支大學，本研究的通訊作者Albert Heck如是說，“就像1949年諾貝爾文學獎得主William Faulkner說的那樣‘只有當時鐘停止，生命才會到來’，讓持續忙碌的生命停頓，這就是我們所說的技巧。我們將生物鐘放到冰箱中，按字面意思就是，我們冰凍了時間”。

　　除了使時間停止外，科學家們也使用了核磁共振在內的各種尖端科技。其中一種技術能夠檢測出在一個24小時的周期中，KaiA，KaiB和KaiC這三種蛋白組合和分解的頻率。這讓科學家們可以得知蛋白質復合體種的哪種組分決定了藍藻的晝夜節律（例如是“齒輪”還是“彈簧”或者“平衡棍”）。

　　研究人員通過降低溫度來使時鐘停在特定的時刻。這樣可以讓他們通過質譜和低溫電鏡來放大蛋白組分的結構細節，也就是說，放大那個時刻“齒輪”，“彈簧”和“平衡棍”所在的位置，并進行蛋白質互補分析。通過這些研究人員發現其中2種構象這是理解時鐘運行的關鍵點。研究人員通過測定一種構象到另外一種構象的變化來推測“齒輪”的轉動方式。這樣就可以獲得一種模型，能確切的展示僅僅依靠三種蛋白如何組成精確的時鐘，運行24小時的周期。

　　Heck說“盡管藍藻時鐘在生態歷史上十分古老，但今天我們仍能從該系統中學到很多東西”。幾年前，研究人員在血細胞中也發現了相似的程序。“藍藻是第一個能產生氧氣的生物。氧氣的富集是當今生命的基礎。我們通過這項研究的結果不僅正在學習生命的原始機制，也在從事特定方面臨床研究”Heck總結說。