生物节律是什么呢？说得通俗点，它就是我们平常所说的生物钟。比如我们人类以及很多其他动物的睡眠控制就与体内的生物节律有关系。有意思的是，生物节律并不是高等动物才有的什么高级功能，几乎所有生物，无论是动物还是植物，甚至是单细胞的细菌，都有着生物节律性。

此次获得诺贝尔奖的三位科学家，他们的工作主要是围绕果蝇展开的。在果蝇的细胞内有两种蛋白质，名为PER和TIM。其中，PER的量会随着时间呈现节律性的变化，当夜晚的时候，PER在细胞内越聚越多，最终结合TIM蛋白，形成一个异源二聚体，就会进入细胞核内，抑制period基因的转录。而period基因正是编码PER蛋白的基因。于是，在白天的时间里，PER蛋白的量越来越少，被细胞不断降解。随着PER量的减少，它对period基因的抑制作用就会减弱，于是PER蛋白的生产量在晚上又重新恢复了。这样一轮变化的周期恰好就是24小时。至于TIM蛋白，它是由一个叫作timeless的基因编码的，这个基因与果蝇对光的感受性有关。所以说，果蝇的生物节律既是一个可以在短时间内维持自身准时运转的稳定系统，又是一个在长时间内可以受到光线影响，重新定义自身周期的动态系统。

我们人类所属的哺乳动物的生物钟还要再复杂一些，但其核心仍然是像PER-TIM这样一对能够调节自身表达水平的自反馈系统，分别被称为CLOCK和BMAL1蛋白。两者结合在一起形成的复合物的结构在2013年得到了解析，发表在了Nature上。这个结构研究工作揭示了CLOCK与BMAL1相互作用的模式，指出了关键的氨基酸残基。有意思的是，对于这些关键氨基酸残基的突变虽然能够有效破坏这两种节律蛋白的相互作用，但是对于生物节律系统的冲击却非常有限，不过是不足半个小时的延长或缩短而已。这说明，生物节律系统的复杂性和抗干扰性远超过我们的想象。

实际上，生物节律系统几乎可以说是一个魔法般的存在。试想一下，仅仅依靠基因与蛋白质这样的生物材料，大自然竟然搭建出了一个如同钟表一样准确的计时系统，而且还是光控可调的，自稳抗干扰的。发现这一系统背后奥秘的人，获得诺奖无疑是当之无悔的。或许，这样一个神奇的系统又会像眼睛或鞭毛一样，让神创论者或设计论者拿来当作可以依赖的“证据”。但实际上，这恰恰是进化的结果。地球上所有的生物，它们都是进化的产物，而进化的目的——如果说真有什么目的的话——都是为了让他们尽可能地去适应自己的环境。而地球自转所导致的24小时的昼夜更替，恰恰是包括我们人类自身在内的所有生物都要去面对的一种“环境”因素。

其实，生物节律可以随光照调节的这种属性对于生物的生存也是非常重要的适应性。当然，上亿年前的恐龙不会来一次跨时区的旅行，也用不着倒时差。但地球上大部分地区的日照时间都会随着四季的变化而变化，所以我们的生物节律每天也都在做着相应的微调。跨洲飞行导致的倒时差，则是一种剧烈的调节行为，带给我们的体验也是相当痛苦的。对于生物节律机制的研究，或许能够帮助我们在未来开发出一些药物或疗法，让人类能够更快、更轻松地应对时差效应。

不过，生物节律也并不都是以24小时为周期的。比如筑造出了巨大珊瑚礁的小小珊瑚虫，他们排卵排精的时间非常精确，总是在月圆之夜的同一时间开始，于是能看到珊瑚礁附近像雪一样飘向海面的珊瑚卵，场面蔚为壮观。这种精确性是为了确保了受精的高成功率，而其背后的机制同样与生物节律有关。这套机制同样靠两种基因配合完成，其蛋白产物水平会随着时间周期性波动。只不过，它感受的主要是月光，只有在月光最强的时候，才会开启引发排卵排精行为的基因。

凡是有机会在月圆之夜到珊瑚礁潜水，见识过珊瑚排卵排精的壮观场景的人，无不感慨于自然的伟大。其实，当我们熬夜犯困、瞌睡连连的时候，又何尝不是同样的伟大机制在发挥功能呢？今天获得诺奖的三位科学家，他们的研究成果将人类引领进入了生物节律研究的大门，而门里面还有很多很多的未知等待着后来者的探索。