2019年湖北省武汉市事业单位招聘考试《综合应用能力》（C类）真题试卷及答案【含解析】

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2019年湖北省武汉市事业单位招聘考试《综合应用能力》（C类）真题试卷及答案【含解析】

材料一

2017年度的诺贝尔生理或医学奖颁给了3位美国科学家（Michael W.Young、Jeffrey C.Hall和Michael Rosbash），以表彰他们在发现果蝇生物钟基因及分子调控机制过程中的重要贡献。此次颁奖也使得生物节律和时间生物学研究领域的诸多科学问题再次引起人们的广泛关注。

太古至今，承载着众多生命的地球在自转的同时还在围绕着太阳公转，导致光照、温度、潮汐、养分和湿度等环境因素均呈现出明显的周期性变化，这些周期性变化的环境因子极大地影响着地球上生物体生长发育和新陈代谢的过程。在漫长的进化历程中，生物体通过调整机体内的生理生化过程以及自身的行为等来适应环境信号的周期性变化，进而增强其种群的生存和竞争能力。生物体表现出的这种周期性变化的特征被称为生物节律。生物节律无处不在，不同生物有着不同节律，同一生物也有多种节律。有些动物每年周期的冬眠、有些植物每年周期的长叶落叶，动物还有如呼吸和心跳等更快的周期。

大量研究表明，无论是复杂生物还是简单生物，它们都拥有内部时钟帮助其调节生理活动以适应昼夜变化。所有地球上的生命都受其控制，以适应24小时的周期。这种调节机制被称为“昼夜节律（circadianrhythm）”，它源自拉丁文的“cira”（“周期”）及“dies”（“一天”）。

人类很早就已注意到生物钟对身体健康的重要影响，中国古人早在两千多年前的中医经典《黄帝内经》中就已有“阴阳平衡”“天人合一”“子午流注”等概念。中医针灸认为“人与天地相应”，即人体功能、活动、病理变化等受自然界气候变化、时日等影响而呈现一定的规律，应“因时施治”“按时针灸”“按时给药”，选择适当时间治疗疾病以获得较佳疗效。中医认为人体中十二条经脉对应于每日的十二个时辰，不同经脉中的气血在不同时辰也有盛有衰。

公元4世纪，人们已经知道罗望子树叶活动的昼夜差别。十七世纪，意大利生理学家Santorio曾用30年记录自己从早到晚的摄食量、排泄量和体重变化，发现有昼夜规律。1729年，法国天文学家Mairan进行了一个著名实验，他将含羞草放置在全暗处一段时间，观察其叶片和花的变化，发现叶片活动不依赖阳光，仍然有张有合，证明了植物内禀的昼夜节律和生物时钟。Darwin通过研究植物的节律，提出昼夜节律具有可遗传性，触碰到了生物钟的实质。

美国约翰·霍普金斯大学的Richter在20世纪60年代以大鼠为模型，用手术的方法在大鼠大脑的各个部位做200多次实验后，最终发现大鼠下丘脑的前端是大鼠生物钟的中心。后来美国加州大学伯克利分校的Zucker教授和芝加哥大学的Moore教授对下丘脑作了进一步的精确损伤研究，发现下丘脑前端的视交叉上核（Suprachiasmatic Nucleus）（SCN）是启动大鼠生物钟的关键元件。当他们人为地损伤视交叉上核时，大鼠的内分泌节律和行为节律就丧失，由此判定视交叉上核可能是大鼠生物钟的起搏器。最终确定视交叉上核为生物钟中心的是日本东京大学的井上进一（Shinichi Inouye）和川村宏（Hiroshi Kawamura）。他们直接测量了视交叉上核神经细胞在体内和体外的电生理活动，发现视交叉上核神经细胞的电生理活动是以24小时为周期的日节律活动，由此确定了视交叉上核为哺乳动物生物钟的振荡器。后来的许多实验进一步证明，哺乳动物的很多节律性行为和生理活动，如睡眠、运动、警觉、激素水平、体温、免疫功能、消化功能等，都受视交叉上核调控。虽然后来的研究发现体内其他许多细胞和组织也都有它们自己的以24小时为周期的生物钟，但视交叉上核起到了一个调控和协调周围组织的生物钟保持同步运行的作用，从而被称为“主钟”。视交叉上核一方面是大脑中许多直接从视网膜接受神经信号的核之一，通过视网膜下丘脑束从视网膜上的一些光敏神经节细胞中接受信号；另一方面它和大脑的其他许多部分相互作用，将信号传递给大脑的其他部位。

1971年前后，Benzer和他的学生Konopka致力于找到控制果蝇昼夜节律的基因。他们发现一种未知基因，其突变会打破果蝇的正常昼夜节律，因此将该基因命名为period（PER）（节律基因）。很多人不相信他们能够找到生物钟的基因，包括Benzer的老师，1969年诺奖得主Max Delbruck。

1980年代，洛克菲勒大学Young的课题组、布兰迪斯大学的Hall和Rosbash的团队均在竞争先克隆出果蝇的PER基因。1984年，Hall和Rosbash紧密协作，与Young领导的课题组分别成功分离出PER节律基因，随后发现PER基因转录翻译的蛋白质会受到昼夜节律控制，在夜晚积累并在白天降解，其浓度水平存在24小时的周期性起伏，这与昼夜节律相一致。

为理解这种昼夜周期的蛋白质浓度起伏的产生与维持，1990年，Hall、Rosbash与Paul Hardin提出抑制反馈回路的模型。他们假设PER蛋白质会抑制节律基因的活动，即PER的基因转录PER的mRNA、翻译产生PER蛋白质的过程存在负反馈，则通过一条抑制反馈回路可以阻止PER蛋白质自身的合成，而PER的mRNA或蛋白质产生后又可以影响PER基因自身的转录，从而在一个连续的昼夜周期中形成节律。如果这一假设正确，那么PER蛋白质就是基因的转录调控因子。之后的一系列实验证实了这一设想，这是一个重要突破，使人们真正看到了PER基因的调控作用。

抑制反馈回路导致的转录调控设想获得成功，但也产生出新的问题，需要解决由细胞质产生的PER蛋白质如何抵达细胞核以抑制节律基因活动的问题。表面上这是一个细胞层次的问题，但实际上是基因层次的问题。随后一系列实验证据表明，转录的调控过程不只由PER参与，还与多个基因有关，这说明影响生物钟不可能只有一个PER基因。这促使人们走上了继续寻找其他调控基因的漫漫征程。1991年，Konopka等发现第二个影响果蝇生物钟的基因Andante；1994年，Young发现第二种能够产生维持正常昼夜节律必要成分的节律基因timeless（TIM）。Young进一步证明了一种调节反馈机制，即当PER和TIM这两种蛋白质相互结合时，它们就可以进入到细胞核并发挥作用，抑制节律基因的活动并关闭抑制反馈回路，从而解释了细胞内蛋白水平出现变动的原因。之后，Young又确定了能编码导致PER蛋白积累的doubletime（DBT）基因，它控制了这种变动的频率。这为解释蛋白质水平变动如何与24小时周期密切吻合提供了线索。

进一步的一个重要工作是确认能否在其他生物中找到同样的基因、调控因子和同样的调控机理，尤其找到哺乳类生物钟的基因。这个突破由西北大学的日裔科学家Takahashi完成，他成功发现了影响老鼠生物钟的“钟”（Clock）基因。Takahashi团队还发现人、鸡、蜥蜴、蛙、鱼等也都有Clock基因。之后人们陆续又发现哺乳类的三个PER基因PER1、PER2、PER3，并发现PER基因表达在SCN，其表达随昼夜节律变化而变化，这一节律受Clock基因的调节。有趣的是，1998年，Hall和Rosbash实验组通过遗传筛选在果蝇中找到的Jrk基因即果蝇的Clock基因。这样，在果蝇中发现的PER基因在哺乳类中找到了，这种生物钟基因的高度保守性显示了生物钟在基因水平的共同性、普适性和可遗传性。

经过30年的研究，科学家现在对动物中以24小时为周期的生物钟的构成和机理已经有了基本了解。动物生物钟的循环律动基本上是一个基因表达的负反馈环路，是一个基因表达的振荡器。在这个负反馈环路中，有两个调控基因转录的异二聚体蛋白起了关键作用：一个是直接作用于DNA促进转录的转录因子CLK和CYC的二聚体CLK-CYC，另一个是抑制CLK-CYC转录功能的PER和TIM的二聚体PER-TIM。CLK-CYC的功能是促进一系列包括PER-TIM在内的和生物钟行为相关的基因的表达。这些基因的启动子部位都有一段称为E盒元件的DNA序列，CLK-CYC二聚体作用于E盒序列促进这些基因的表达，表达后的PER和TIM蛋白先在细胞质中逐渐累积，到了晚上当两种蛋白累积达到一定的量后又被转运到细胞核中转而抑制CLK-CYC的转录活性，从而抑制它们自己以及所有CLK-CYC下游基因的表达，减少被表达的量。而在细胞质中的PER蛋白被逐渐水解，从而构成了一个以24小时为周期的负反馈调节基因转录和翻译的振荡器TTFL。

这种以24小时为周期的节律具有一种特性，就是它的起始点或相位可以被光照重新设置。这个重设置过程也是一个由蛋白质介导的生物化学过程。在果蝇中，这个有重设置功能的蛋白称为cryptochrome（CRY）。CRY蛋白有感光的功能，它和TIM的相互作用是光依赖的，并且这种相互作用的结果是TIM的降解。失去TIM的PER蛋白不稳定，最终也在有光照的白天被降解，其结果就是减少了对CLK-CYC二聚体功能的抑制，从而使得CLK-CYC介导的基因转录重新开始。

对其他物种的生物钟研究表明，动物中的生物钟基因相似，但和植物和微生物的基因不同。然而，尽管不同种生物的生物钟基因有差异，但它们的工作原理都是类似的。这个负反馈调节构成了所有生命所共有的、最基本的生物化学反应的振荡器——基因表达的振荡器。这个基因表达振荡器决定了生物的生物钟行为。

随着一个个调控基因的发现和研究，驱动生物钟的内在机理也逐渐明朗。从果蝇到人存在同样一批控制生物钟的基因，它们编码的蛋白质合作共事，节律性地调节细胞内的基因转录，且都采用负反馈模式，并与光和温度等外界因素协调，从而对应于地球自转的近24小时节律。三位获奖者的发现建立了关键的生物钟机制原理。在接下来许多年里，生物钟机制的其他分子结构得到了阐释，解释了该机制的稳定性和功能。

生物钟是生命过程最为奇特的特征之一，影响着生命的方方面面，特别是对人类健康和农业的发展有着不可忽略的作用：生物钟研究以独特的时间序列解析生命规律，而成为生命科学中取得耀眼的研究进展而又最受关注的分支之一。经过50多年的不懈努力，生物钟生物学大体上阐明了生物钟运转的分子机制、核心生物钟位于大脑的部位以及生物钟调控许多生命过程的机制。然而，无论是在发现新的钟基因和生物钟调节新机制方面，还是在发现新的钟控基因和钟控的生命过程方面，生物钟生物学都是任重道远。