18、从细菌中洞察昼夜节律时钟的进化

从细菌中洞察昼夜节律时钟的进化

环境变化与生物监测

我们所处的环境正在迅速变化，而且这种变化还将持续。作为生物学家，虽然我们无法阻止这种环境转变，但我们有责任对其进行监测，并尝试预测这些变化将如何影响重要的生物现象，如光周期现象和日常节律，以及这些影响又将如何反过来影响物种的生存机会。

昼夜节律时钟研究概述

昼夜节律时钟以大约24小时的周期调节生物节律。这一现象在从细菌到哺乳动物的广泛物种中都有研究，并且已确定了以下三个特征：
1. 在恒定条件下的自我维持昼夜振荡。
2. 周期长度的温度补偿。
3. 振荡器可被外部刺激同步。

研究昼夜节律时钟系统的一个主要目标是提供一个能连贯解释这三个特征的模型。自1971年首次分离出果蝇时钟突变体以来，科学家们积累了大量关于昼夜节律时钟的知识，但这些知识在多大程度上成功阐明了生物计时机制的本质仍有待探讨。

研究问题的聚焦

在克隆出蓝藻中的昼夜节律时钟基因簇后，科学家们曾尝试应用转录 - 翻译振荡（TTO）模型来解释相关发现。然而，7年后，近藤及其合作者的开创性研究对这一方法提出了质疑。他们的研究表明，即使在体外，通过在ATP存在的情况下孵育时钟蛋白KaiA、KaiB和KaiC，也能重建昼夜振荡。这一发现改变了蓝藻昼夜节律系统的研究方向，使焦点转向了Kai蛋白的结构和相互作用。

2004年，所有三种Kai蛋白的晶体结构被公布，凸显了当时科学界对此的浓厚兴趣。其他生物物理研究通过电子显微镜、核磁共振和X射线散射技术等，报告了Kai蛋白复合物的低分辨率结构，这些复合物会进行时间依赖性的组装和拆卸循环。最初推测KaiB与KaiC的C末端