生物钟是指生物体内的一种内部时钟，它能够根据光暗变化调节生物的日常活动和行为。

生物钟对于维持生物的健康和适应性非常重要，因此科学家一直致力于揭示生物钟的运作机制和调控方式。

最近，一项新的研究取得了突破性的进展。我们以前对生物钟的理解，都是粗线条的节律——大致相当于闹钟计时，现在我们观测到了时针针滴答——首次实时观察了一种微小的水生生物蓝细菌(Synechococcus elongatus)的生物钟运转，并发现了一些以前未知的内部功能。

蓝细菌是一种单细胞的光合细菌，它具有与人类相似的生物钟。它的生物钟由三种蛋白质组成一个核心振荡器，这个振荡器相当于时钟的齿轮，能够根据不同的信号分子在一天中周期性地变化，从而影响数百个基因在蓝细菌中的表达。这些基因表达又相当于时钟的指针，能够反映出时间信息，并调节蓝细菌的代谢、分裂和应激反应等。

科学家们利用了一个之前开发出来的体外生物钟系统，即把蓝细菌的生物钟蛋白质放入一个试管中，让它们在没有细胞环境的干扰下运行。通过改进监测和控制方法，科学家们能够实时地读取试管中的生物钟信号，并模拟不同的环境变化对生物钟的影响。这就相当于让蓝细菌经历了类似于人类旅行时遇到的时区变化或者夏令时调整等情况。

通过这种实验方法，科学家们发现了两种酶，叫做CikA和SasA，它们原本被认为只是基因表达的调节因子，但实际上它们也参与了生物钟核心振荡器的功能。它们能够与核心振荡器中的蛋白质结合，并根据环境信号对其进行激活或抑制。

核心振荡器通常被认为是生物钟的“齿轮”，而激酶则被认为是“指针”。 这项研究表明它们是如何被需要的——以及时钟的输入和输出之间的联系有多紧密。新发现的两种酶相当于是连接时钟齿轮和指针的重要部件，如果缺少了它们，生物钟就无法正确地设置闹钟。

这项研究为我们深入理解生物钟的工作原理和调节机制提供了新的视角和工具。它也有助于我们探索不同类型的生物钟在不同环境下如何适应和演化，以及如何影响生物体内各种重要的生理过程。未来，这项研究可能会为人类提供更好地调节自己生物钟和改善健康状况的方法。

该研究已发表在 PNAS 上。

参考：https://www.sciencealert.com/researchers-studied-a-circadian-clock-in-real-time-in-a-first-for-science

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