俞強

2017年10月2日，瑞典皇家科學院諾貝爾獎評審委員會宣布，2017年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎頒發(fā)給3位美國科學家：杰弗理·霍爾（Jeffrey C. Hall）、邁克爾·羅斯巴什（Michael Rosbash）和邁克爾·楊（Michael W. Young），獎勵他們在發(fā)現調節(jié)生物日節(jié)律（circadian rhythm）行為的基因和闡明其作用原理上做出的重要貢獻。

生物日節(jié)律，是以約晝夜24 h為周期的、在生命體中普遍存在的節(jié)律性生理生化和行為活動，是眾多生物節(jié)律或生物鐘的一種。生物鐘是一個基本的和普遍的生物現象，生物鐘原理的揭示對人們了解生命和生命活動具有重大的理論意義。3位科學家對生物鐘基因的發(fā)現和對其功能和機理的闡述讓人們在今天對生物鐘的元件和工作原理有了一個具體和相對完整的認識。本文主要介紹生物節(jié)律的研究歷史，解讀生物節(jié)律的分子機理，展望生物節(jié)律研究的方向，探討其對人類健康和農業(yè)的意義。

1 獲獎者及其研究經歷

3位獲獎科學家都出生于美國，并長期在美國從事遺傳學和時間生物學的工作，霍爾和羅斯巴什都是布蘭迪斯大學任職，楊就職于洛克菲勒大學。

杰弗里·霍爾1945年出生于紐約，于1971年在西雅圖華盛頓大學獲得了博士學位，1971—1973年在加州理工學院擔任博士后研究員，1974年，他加入了布蘭迪斯大學任教職。作為遺傳學家，他終身研究果蠅的行為遺傳學。除了生物日節(jié)律，他還研究果蠅的交配行為，是果蠅行為生物學研究領域的開拓者之一和重要科學家?；魻柡秃门笥蚜_斯巴什既是研究合作的伙伴也是很要好的朋友（實驗室是隔壁鄰居）。果蠅生物鐘基因的克隆和研究工作是兩個人共同合作的成果。2003年，霍爾因在時間生物學領域的革命性工作被選為美國國家科學院院士。

邁克爾·羅斯巴什（Michael Rosbash）1944年出生于美國堪薩斯城，是美國的遺傳學家和時間生物學家。他于1970年獲得美國劍橋的麻省理工大學博士學位。后在蘇格蘭的愛丁堡大學做了3年博士后研究。1974年以來，在布蘭迪斯大學任職。2003年，他當選為美國國家科學院院士。羅斯巴什除了在生物日節(jié)律研究領域做出了重要成績，同時也在酵母的RNA剪切機制研究領域有杰出貢獻。羅斯巴什是我的博士生導師。我1984年進入他的實驗室，見證并參與了生物鐘基因的克隆和鑒定工作。同時也和霍爾實驗室合作，參與了果蠅交配行為和生物鐘關系的研究工作。

邁克爾·楊（Michael W.Young），1949年出生于美國的邁阿密，是美國的遺傳學家和時間生物學家。1975年，他在奧斯丁的德克薩斯大學獲得了遺傳學博士學位。1975—1977年，他在斯坦福大學擔任博士后研究員。1978年后，他在紐約的洛克菲勒大學任職。楊是獲獎的3位科學家中最年輕的一位。他早年從事果蠅轉座子機制的研究。在了解到果蠅的日節(jié)律基因被發(fā)現后，轉而開展了日節(jié)律基因的克隆和機理研究工作至今。

在獲得諾貝爾獎的工作過程中，這3位科學家的工作既相對獨立又相互關聯，霍爾和羅斯巴什合作共同克隆了第一個生物鐘基因period（per），發(fā)現了不同細胞的生物鐘之間的協調同步，揭示了Cryptochrome（CRY），CLOCK和Cycle（CYC）蛋白的功能和機理，完善了日節(jié)律分子機理的轉錄轉譯負反饋調控（transcription translation negative feedback，TT?FL）模型。羅斯巴什的主要貢獻除了和霍爾合作克隆了第一個生物鐘基因per外，他還克隆了果蠅的另外兩個生物鐘基因：clock（clk）和cycle（cyc），并闡明了它們的功能和機理。他還揭示了CRY蛋白作為生物鐘的光受體功能并發(fā)現了果蠅LNv神經元是果蠅生物鐘的起搏器。更重要的是，他發(fā)現了per基因表達水平的周期性變化，從而提出了著名的日節(jié)律分子機理的轉錄轉譯負反饋調控TTFL模型。楊的主要貢獻是和霍爾和羅斯巴什同時獨立克隆了per基因。其后又克隆了另一個生物鐘基因timeless（tim），發(fā)現了TIM和PER蛋白的相互作用及功能，并發(fā)現了光對TIM的調控以及對生物鐘相位的調控。楊的另一個貢獻是發(fā)現了PER蛋白的磷酸化調控以及磷酸化PER的激酶Doubletime（Casein kinase 1）。

除了這3位獲獎的科學家之外，還有兩個值得一提的對生物日節(jié)律這項工作作出重大貢獻的科學家：加州理工學院的西莫爾·本澤爾（Seymour Benzer）（1921—2007）和他的學生羅納德·科諾普卡（Ronald Konopka）（1947—2015）。本澤爾是最早開展果蠅行為遺傳學研究的科學家，是這個領域的重要開創(chuàng)者，也是霍爾的博士后導師。他和科諾普卡是第一個用果蠅為模型開展生物鐘基因研究的科學家，也是第一個從果蠅中發(fā)現生物鐘突變體和生物鐘基因的人。

2 生物鐘

日節(jié)律（circadian rhythm），準確的說應該叫近日節(jié)律或近晝夜節(jié)律，是一種以接近晝夜24 h為周期的節(jié)律性生命活動，也就是人們通常所說的生物鐘。廣義的生物鐘是指不同生物體內各種隨時間變化而做周期性變化的生理生化活動，或生物節(jié)律，如人們心臟的跳動、肺的呼吸，昆蟲翅膀的扇動等。而平常所說的生物鐘是指地球上的生命隨地球的周期性運動而產生的各種周期性變化的生理生化活動。例如，以年為周期的、在春秋季的繁衍和在冬季的冬眠等年周期節(jié)律，以及由月球造成的以月和半月等為周期的海洋沿岸的動物產卵、排精等月周期節(jié)律。而最普遍的生物律動是以24 h為周期的如人的血壓、體溫、體力、情緒等生理指標的律動，以及植物花的開閉和葉片的光合作用等隨地球的自轉而產生的晝夜生理變化律動。

從生物的演化和自然選擇原理來說，地球上所有的生命現象都是大自然對生物適應環(huán)境的演化選擇的結果。由于生命出現于地球形成約10億年之后，從它誕生開始，生命最簡單的生物分子之間的生物化學反應就受到地球上早已存在的各種物質和環(huán)境因素的影響，其后的變化也都在地球環(huán)境的影響之下，因此地球上生命的一切活動都受到地球周期性律動的影響，所有的生物節(jié)律也都是環(huán)境對生物演化的選擇的結果。從這個角度看生命，就不難理解生物的節(jié)律性運動的普遍性。

地球在宇宙中最明顯的律動就是圍繞太陽的公轉和圍繞自己軸心的自轉。地球自轉的周期為23時56分4秒，圍繞太陽公轉的周期為365.25天。這個地球相對于太陽的旋轉律動無時無刻不在影響和控制著地球上生物的一切運動。而太陽是地球上所有生命的能源和動力，生命的運動不能不順從于太陽能源的周期性律動而隨之律動。只有當生命的節(jié)奏與自然環(huán)境，特別是能量供應的節(jié)奏吻合的時候，生命才能夠更好地生存，才能在生物演化的過程中被自然選擇而保存下來。最常見的日節(jié)律就是植物的光合作用和動物的晝夜活動。

植物是地球上早期出現的生命形式，也是食物鏈最底層的物種，它們的養(yǎng)料來源于陽光、空氣和水，它們都需要太陽光能來進行光合作用，因此植物的晝夜節(jié)律運動是最普遍也是最明顯的現象。植物的光合作用把太陽光的能量轉化成了化學能，植物的化學能又被轉化為動物的化學能。生物的食物鏈實際上就是一個能量的傳遞鏈，這條鏈的源頭所吸收的是太陽光的能量。太陽光在地球上的律動導致了地球上食物鏈各個環(huán)節(jié)的律動，因此最普遍和常見的生物鐘就是以晝夜24 h為周期的生物鐘。由于太陽光一方面給生物提供能量，另一方面也對生物的大分子如DNA有損傷作用，因此生物也演化出了為保護DNA而躲避強光的生物鐘行為，如動物為避免中午太陽的高溫而在早晨和傍晚覓食的生物鐘行為。類似的，食物鏈上的上下游物種之間也演化出了按時攝食和躲避被食的生物鐘行為。生物鐘告訴和指揮各種生物活動的時間，也告訴和安排它們休息的時間。

2.1 生物鐘的發(fā)現

人類最早認識到的生物鐘現象是人自身的周期性變化，以及植物的葉和花的朝夕節(jié)奏性變化。古代有很多關于植物節(jié)奏性活動的記載。全世界首先用科學的方法來研究生物節(jié)奏的是18世紀的法國天文學家讓—雅克·道托思·麥蘭（Jean—Jacques d'Ortous de Mairan）。他在研究地球運轉時同時注意到含羞草在白天時葉是張開的，但到了晚上就閉合了。于是他把含羞草放到一個不透光的盒子里，然后觀察葉的變化，結果發(fā)現含羞草的葉在恒定的黑暗中仍然保持了它以24 h為周期的晝夜變化。麥蘭第一次記錄了內源性的、而不是光或其他外因造成的晝夜節(jié)律性的振蕩，無意中成為第一個發(fā)現日節(jié)律的人。麥蘭的發(fā)現比日節(jié)律這個詞的正規(guī)使用早了230年，并且他也是第一個用恒定環(huán)境來檢測和判斷一種生物節(jié)律是受外部刺激的還是內源性的人。

繼麥蘭之后，法國農學家亨利—路易斯·杜哈麥·芒修（Henri—Louis Duhamel du Monceau）做了一個類似的實驗。他把含羞草放到了一個黑暗并保持溫度恒定的環(huán)境中，發(fā)現含羞草的葉的晝夜變化仍然存在，從而發(fā)現了生物鐘節(jié)律不僅不依賴于光，而且不依賴于溫度，進一步提示內源性生物鐘的存在。

1832年，瑞士植物學家艾爾芬斯·坎道拉（Alphonse de Candolle）發(fā)現，植物的葉在恒定的條件下的律動周期并不完全與地球的自轉周期相同，有的植物律動周期比24 h長一點，而另一些則短一點，這從另一方面提示生物鐘的節(jié)律是獨立于環(huán)境的、自主的節(jié)律，否則它們的節(jié)律周期應該和地球自轉一樣。3人的工作都從不同的方面指向了一個自主的、內源性的生物鐘的存在，但他們3人的工作在當時并沒有引起其他科學家的注意。在他們之后的達爾文也做過類似的研究，并和他的兒子一起共同發(fā)表了他們對生物鐘研究的結果。

近代對生物鐘的廣泛和深入的研究是從20世紀中期開始的。德國生物學家歐文·本林（Erwin Bunning）、尤金·沃爾特·路德維格·阿紹夫（Jürgen Walther Ludwig Aschoff）和美國生物學家科林·皮登覺（Colin Pittendrigh）被認為是生物鐘（也稱時間生物學）研究領域的創(chuàng)始人。本林研究的是植物的葉閉合活動的生物鐘行為；阿紹夫研究的是人的體溫、活動等和鳥類的一些生物鐘行為；而皮登覺研究的則是果蠅運動的生物鐘行為。3個人所研究的生物系統雖然不同，但3個人都總結出相同的關于生物鐘的幾個基本特征。

1）生物鐘是內源的、自主的、不依賴于環(huán)境變化的生物節(jié)律。

2）晝夜節(jié)律的生物鐘周期不是精確的24 h，而是接近于24 h。

3）生物鐘具有溫度補償的性能，能在不同的溫度條件下保持穩(wěn)定。

4）光照不是產生節(jié)律的原因，但能夠調節(jié)和重置晝夜節(jié)律生物鐘的相并使其同步。

這個時期的生物鐘研究雖然對生物鐘存在的普遍性以及生物鐘的某些基本特征和規(guī)律有了較為深入和廣泛的了解，也知道怎樣用光來重置生物鐘的啟動和用化合物來停止生物鐘的運行，但此時的研究還基本停留在對現象的描述和對機理的猜想階段，而對生物鐘的元件和運行機理卻還一無所知。生物學家們還無法從細胞和分子的水平來想象一個生物鐘的構造和生物化學反應的原理和過程。

2.2 生物鐘在生物體中的部位

在明確生物鐘的現象后，科學家自然想知道生物鐘是什么樣的，它在生物體內的什么部位，由哪些組織和細胞構成，這個鐘是如何工作的，生物體內有一個鐘還是多個鐘，不同的鐘之間是如何配合工作的。對于生物現象的許多機理研究都是在大鼠、小鼠和果蠅這3種動物模型中展開的，它們也同樣被用來研究生物鐘的機理。美國約翰·霍普金斯大學的瑞科特（Curt Paul Richter）在20世紀60年代對大鼠的生物鐘行為做了多方面的詳細研究，在代謝、內分泌、神經等多個系統中探索了影響生物鐘行為的元件和機理。他用手術的方法在大鼠的大腦各個部位做了200多次手術實驗后，最終發(fā)現了大鼠下丘腦的前端是大鼠生物鐘的中心。當他用手術的方法損傷了下丘腦前端的時候，他發(fā)現大鼠的多種生物節(jié)律被破壞了，瑞科特是世界上第1個指出下丘腦的前端可能是哺乳動物生物鐘的振蕩器所在的人。后來美國加州大學伯克利分校的朱可（Irving Zucker）和他的學生弗里德里?！な诽┓遥‵riedrich Stephan）以及芝加哥大學的羅伯特·摩爾（Robert Moore）對下丘腦做了進一步的精確損傷研究，發(fā)現下丘腦前端的視交叉上核是啟動大鼠生物鐘的關鍵元件。當人為地損傷了視交叉上核時，大鼠的內分泌節(jié)律和行為節(jié)律就喪失了，由此判定視交叉上核可能是大鼠生物鐘的起搏器。

最終對視交叉上核的生物鐘身份的確定是通過兩個關鍵的體外和體內實驗。日本東京大學（The University of Tokyo）的井上進一（Shinichi Inouye）和川村宏（Hiroshi Kawamura）直接測量了視交叉上核神經細胞在體內和體外的電生理活動，發(fā)現視交叉上核神經細胞的電生理活動是以24 h為周期的日節(jié)律活動，由此確定了視交叉上核為哺乳動物生物鐘的振蕩器。后來的許多實驗進一步證明，哺乳動物的很多節(jié)律性行為和生理活動，如睡眠、運動、警覺、激素水平、體溫、免疫功能、消化功能等，都受視交叉上核調控。如果沒有視交叉上核，這些生物節(jié)律就都消失了。雖然后來的研究發(fā)現體內其他許多細胞和組織也都有它們自己的以24 h為周期的生物鐘，但視交叉上核起到了一個調控和協調周圍組織的生物鐘保持同步運行的作用，從而被稱為“主鐘”。視交叉上核的結構和它在腦內的位置決定了它作為生物鐘的起搏器和振蕩器的合理性。一方面它是大腦中許多直接從視網膜接受神經信號的核之一，通過視網膜下丘腦束從視網膜上的一些光敏神經節(jié)細胞中接受信號；另一方面它和大腦的其他許多部分相互作用，將信號傳遞給大腦的其他部位。

生物鐘是一個生物適應環(huán)境的古老的機制，從原理上講，地球上所有的生物都生活在同一個周期為24 h的日光變化的環(huán)境中，并且每種生物都是從單細胞演化而來，因此每個生物體的每個細胞都可能有一個生物鐘。事實似乎也證明正是如此。果蠅和鼠的生物鐘被發(fā)現存在于多種組織中，小鼠在體外生長了30年的成纖維細胞株中的生物鐘基因的表達仍然呈現周期為24 h的節(jié)律性變化。從古老的單細胞生物如藍藻，到復雜動物如人，在各種不同生物的不同細胞中，都有生物鐘的存在。不同細胞中的生物鐘各自分管著不同的節(jié)律性功能，而復雜動物大腦中的生物鐘，起到了協同整合和介導光的調控的作用。在人等哺乳動物中，下丘腦的視交叉上核就是這樣一個協調周圍組織“子鐘”的“主鐘”。

2.3 生物鐘的分子機理

對生物鐘的分子機理研究最早是在果蠅中展開的，動物中最早被闡明機理的生物振蕩器是果蠅的日節(jié)律的生物振蕩器，最早研究果蠅生物鐘行為的科學家是西莫爾·本澤爾（Seymour Benzer）和他的學生羅納德·科諾普卡（Ronald Konopka）。在20世紀70年代，他們首先運用遺傳學的方法，用化合物誘導了果蠅DNA的突變，然后從發(fā)生了基因突變的子代果蠅中篩選到了生物鐘行為發(fā)生了改變的果蠅突變種。這些變種果蠅有的是完全失去了日節(jié)律的變種，叫“無周期突變”；有的雖然仍然保持規(guī)律性的運動，但它們的日節(jié)律周期變得長短不一，有的比24 h長，叫“長周期突變”；有的比24 h短，叫“短周期突變”。而且，這些突變的性狀是能夠遺傳的。這些遺傳學實驗揭示了生物鐘基因的存在，首次向科學界證明果蠅的生物鐘行為是基因調控的。本澤爾和科諾普卡將他們發(fā)現的生物鐘基因命名為“周期基因”（period/per），并在果蠅的基因染色體上確定了per基因的位置。這是世界上第一個被發(fā)現的生物鐘基因。

最終證明和明確基因是生物鐘行為的決定因素是生物鐘基因的克隆。諾獎的獲獎者霍爾和羅斯巴什在關注到本澤爾和科諾普卡發(fā)表的關于果蠅生物鐘突變種的時候，注意到了這一發(fā)現的重大意義，于是他們就決定合作來克隆果蠅的生物鐘基因。經過了2年多的努力，他們的實驗室終于在1984年從果蠅中克隆到了第一個生物鐘基因：period/per基因。與此同時，洛克菲勒大學楊的實驗室也克隆到了per基因。繼per基因之后，另外幾個生物鐘元件基因clk、cyc、tim、cry、dou、vri、pdp1、cwo等也相繼被克隆。10年后，當時在美國西北大學（Northwestern University）的約瑟夫·高橋（Joseph Takahashi）又在1994年發(fā)現了小鼠的生物鐘基因clk（clock），并在1997年克隆了clk基因，他成為發(fā)現哺乳動物生物鐘基因的第一人。從此，生物鐘的研究發(fā)生了根本的改變，從對現象的描述和對機理的猜測，進入在細胞和分子的水平上解析生物鐘的元件和闡明機理的研究。

經過30年的研究，科學家現在對動物中以24 h為周期的生物鐘的構成和機理已經有了基本了解。動物生物鐘的循環(huán)律動基本上是一個基因表達的負反饋環(huán)路，是一個基因表達的振蕩器和過程。在這個過程中有兩個調控基因轉錄的異二聚體蛋白起了關鍵作用：一個是直接作用于DNA促進轉錄的轉錄因子CLK和CYC的二聚體CLK—CYC，另一個是抑制CLK—CYC轉錄功能的PER和TIM的二聚體PER—TIM。CLK—CYC的功能是促進一系列包括PER—TIM在內的和生物鐘行為相關的基因的表達。這些基因的啟動子部位都有一段稱為E盒元件的DNA序列，LK—CYC作用于E盒序列促進這些基因的表達。表達后的PER和TIM蛋白先在細胞質中逐漸累積，到了晚上當兩種蛋白累積達到一定的量后又被轉運到細胞核中轉而抑制CLK—CYC的轉錄活性，從而抑制它們自己以及所有CLK—CYC下游基因的表達，減少被表達的量。而在細胞質中的PER蛋白被逐漸水解，從而構成了一個以24 h為周期的負反饋調節(jié)基因轉錄和翻譯的振蕩TTFL。

這種以24 h為周期的節(jié)律具有一種特性，就是它的起始點可以被光照重新設置。這個重設置過程也是一個由蛋白質介導的生物化學過程。在果蠅中，這個有重設置功能的蛋白稱為cryptochrome（CRY）。CRY蛋白有感光的功能，它和TIM的相互作用是光依賴的，并且這種相互作用的結果是TIM的降解。而失去TIM的PER蛋白不穩(wěn)定，最終也在有光照的白天被降解，其結果就是減少了對CLK—CYC二聚體功能的抑制，從而使得CLK—CYC介導的基因轉錄重新開始。

生物鐘是普遍存在的，提示它在生物演化史中是一個古老的現象。果蠅和哺乳動物中的生物鐘基因相似，但和植物及單細胞生物的基因不同。不同生物生物鐘基因的不相似性提示生命的起源是多元平行的起源。雖然不同種生物的生物鐘基因多種多樣，但它們的工作原理都是類似的：基因表達的負反饋調節(jié)。這個生物振蕩器就是所有生命所共有的、最基本的生物化學反應的振蕩器：基因表達的振蕩器。

2.4 生物鐘的功能

所有的生物性狀都是自然對生物適應環(huán)境的變化選擇的結果。有利于生存和繁殖的性狀就在生物演化的過程中被自然選擇保留了下來，反之則被淘汰。生物鐘也是一樣。生物鐘是生物在長年的演化過程中被環(huán)境選擇出來的一種預見和預警機制，它預見一個規(guī)律性事件的發(fā)生，通常是食物和危險的出現。生物鐘讓一個生物個體預見到食物的定時出現而提前準備并及時到場；生物鐘也預見不利于生理活動的事件，比如高溫和寒冷的定時出現而提前規(guī)避。能掌握環(huán)境變化規(guī)律并預見環(huán)境變化的物種顯然有生存和繁殖的優(yōu)勢，因此被自然所選擇。生物鐘的元件和機理就是這樣在長期的生物演化過程中被自然選擇保留了下來，成為了普遍的生命現象。光照的亮度變化選擇和保留了日節(jié)律生物鐘的構造和機制，而光照長度的變化則選擇和保留了年節(jié)律生物鐘的構造和機制。

3 人體的生物鐘以及和健康的關系

人的生物鐘就是人體內隨時間作周期變化的生理生化過程、形態(tài)結構以及行為等現象。人體內的生物鐘多種多樣，人體的各種生理指標，如脈搏、體溫、血壓、體力、情緒、智力等，都會隨著晝夜變化做周期性變化。例如，體溫早上4時最低，下午18時最高，相差有1℃多?？茖W家經過多年的研究，已經對人體的許多生理生化活動的晝夜節(jié)律現象有了比較清楚的了解。

在凌晨2時的時候，人的睡眠達到最大深度，凌晨4時30分，體溫達到最低，凌晨的6時45分血壓的升高最快，早晨7時30分褪黑素的分泌停止，早晨8時30分，腸蠕動頻繁發(fā)生，在9時的時候睪酮分泌量達到了最高，上午10時的時候是人們頭腦最清醒的時刻，在下午14時30分人的四肢活動配合到最佳狀況，下午15時30分是人們反應最靈敏的時候，到了下午17時，人體心血管工作的效率最高，肌肉強度最大，下午18時30分，人的血壓達到了1天的高峰，隨即在晚上19時，體溫達到了高峰，晚上21時的時候褪黑素的分泌開始，到22時30分，人的腸蠕動被抑制，這是典型人體生物鐘的一天。

生物鐘的正常工作對人的健康起著重要作用。生物鐘失調會導致失眠、體乏、抑郁、免疫功能低下甚至產生包括腫瘤在內的各種疾病。生物鐘基因的突變也導致生物鐘行為的失常。根據人的生理生化活動的周期性變化，人可以合理安排一天的活動，從而使工作和休息效率達到最高，也使得人的身心健康狀態(tài)達到最佳。因此，生物鐘是大自然中各種自然鐘的一種，是生命物質適應物質世界基本運動規(guī)律的一種生命運動形式，是大自然對生物演化的選擇，它賦予了生命以預見和應對自然環(huán)境變化的能力。了解和順應大自然賦予我們的生物鐘，會使人們的生活更加健康、和諧和愉悅。

4 展望

對生物鐘的進一步研究一是要在理論上繼續(xù)深入了解和闡明生物鐘振蕩器的運行和調控機理，包括發(fā)現更多的生物鐘運行和調控組件基因并揭示組件之間的相互關系和相互作用，發(fā)現更多的生物鐘現象及其調控，發(fā)現除轉錄和轉譯之外的更多可能的生理生化振蕩器如蛋白磷酸化和表觀遺傳振蕩器，了解生物鐘在不同物種中的共同點和不同點，揭示生物鐘的演化過程等。二是在應用上發(fā)現生物鐘和人類疾病的關系，發(fā)現潛在的治療和生物鐘行為相關疾病的藥物靶點，以及開發(fā)調控生物鐘和治療相關疾病的藥物。三是發(fā)現生物鐘在農業(yè)上的應用，如利用生物鐘行為來避免病蟲害和提高農作物產品中營養(yǎng)和藥物成分的產出。隨著科學研究對生物鐘的進一步了解，該領域的研究成果也將被越來越廣泛的應用到人類生活當中去。