美學生研水母「吸水」次數揭「周期」
上星期跟大家初步探討「動物是否有時間概念」這個問題，提到了3位美國遺傳學家，基於他們對「生理時鐘是如何運作」的研究，而被頒予本年度的諾貝爾生理學或醫學獎。今天就跟大家簡介一下這個機制。
諾獎得主成功找到「控制」基因
在討論「生理時鐘」的時候，很多時我們可能會聯想到「日出而作，日入而息」的作息周期。對簡單的動物（比如水母）來說，這個周期是否有意義？牠們會睡眠嗎？今天也讓我跟大家分享一個相關的有趣研究。
近代人類基因圖譜計劃的成功，標誌着我們早已進入「從基因去了解生命」的時代。早在1970年代，美國學者本澤（Seymour Benzer ）和他當時的研究生Ronald Konopka就已發現部分基因的變異，會影響果蠅的生理時鐘，他們將這個基因命名為period（應該是取其「周期」的意思）。
1984 年，本年度的3位諾貝爾生理學或醫學獎得主，霍爾（Jeffrey Hall ）、羅斯巴什（Michael Rosbash）和楊（Michael Young）成功找到了period，這個基因告知身體如何製造一種稱為PER的蛋白質。
PER蛋白質夜積晝減
這種蛋白質夜裡在細胞核內積聚，白天時數量又會慢慢減少，正好和我們的「作息周期」吻合。
為什麼PER的數量會上升下降？原來在period基因的指示下，PER會在細胞核外的細胞質中製造，之後會和另一種蛋白質TIM結合，致使PER可以重新回到細胞核之中。有趣的是，PER會抑制附近period基因的活動，阻止PER繼續製造，因此PER的數量有升有降，不會無止境地上升。
水母「睡眠不足」不活躍
這樣的「作息周期」對簡單的動物有什麼樣的影響？在回答這個問題前，我們可能會問：沒有發達腦部的動物會睡覺嗎？
美國加州理工大學的3位研究生，Ravi Nath、Claire Bedbrook及Michael Abrams，嘗試從Cassiopea這一屬的水母身上尋找答案。這種水母會固定地將流水泵進身體，帶來食物，然後讓水分流走，帶走廢料。
3位研究生發現，日間這些水母每分鐘吸水60次，夜裡只有每分鐘39次，看來牠們好像在依循日出日落的周期。
把這些「緩緩吸水」的水母從牠們喜愛的水底帶到水缸頂部，牠們會好像剛睡醒的人們一樣，反應遲緩，慢慢才會游回缸底；然而30秒後再把牠們帶到缸頂，會馬上回到水底，儼然是睡醒了。
這些水母是在睡覺嗎？既然無法直接詢問水母，3位研究生嘗試用一些方法令水母「睡眠不足」：晚上在6小時或12小時內每隔20分鐘就把水泵過其身體。結果發現牠們翌日都不甚活躍，再過一天便回復正常。
當然我們許多時候只能尋找間接證據，不過看來日出日落的周期，在許多年的演化之下已經成為地球生命的一個部分了。 ■張文彥博士
作者簡介：香港大學土木及結構工程學士。短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。
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