什麼是黑視?

兩組科學家在哺乳動物的視網膜內發現了一種由基因Opn4所製造出的黑視素（melanopsin）能對光產生化學反應，並調節生理時鐘。該感光系統幫助重設身體的日常或生理時鍾，使之成為人體生理學的一個重要組成部份。此發現被Science評選為2002年度十大最重要的科學成果之一。

此發現分別由The Scripps Research Institute的Steve Kay及史丹福大學的Norman Ruby和Bruce O'Hara所領導，研究結果發表於Science的兩篇文章。

他們確認了黑視素的確把從眼睛接收到的光訊號傳遞至腦中控制生理時鐘的下視丘。黑視素可能是好幾個調節生理時鐘系統的光敏受器。沒了生理時鐘，許多行為和生理反應都會被擾亂，這包括體溫、活動程度和睡眠。而生理時鐘要能起作用，它必須能夠感應到光並起反應。在哺乳動物，唯一被特化成此功能的細胞就有眼睛裡。這意味著，眼睛不僅能讓我們看見光，還同步化了身體的內在規律。

人類和老鼠以及其他動植物都有內在的生理時鐘，證據在於把生物放在無光暗週期的密室中，都有接近廿四小時的作息規律。但演化並非發生在密室裡，大自然讓生物能每天調整生理時鐘以應付環境中的光照變化。而「相變換」是維持固定時程的重要一環，無法作相變換的人常遭受睡眠失調之苦。相變換也與長途旅行中適應時差和變換輪班工作的能力有關。

特化細胞的光受器能偵測到光並傳送訊號至腦。科學家原本以為視網膜上的桿狀細胞和錐狀細胞就分演著視覺和重調生理時鐘的角色。但實驗顯示沒有桿狀細胞和錐狀細胞的動物也能在光條件的變動下修正生理時鐘。之前的研究認為視紫紅素可能與相變換有關，但缺失視紫紅素的盲人也能維持生理時鐘規律，這使得科學家猜想其他分子可能有關，而迫使科學家需要找尋調節生理時鐘的其他光受器。

原本在蛙類皮膚發現的視黑素被認為可能性最高。科學家發現蛙類皮膚細胞的視黑素對光有感應和反應。這分子之後在蛙類和老鼠的視網膜中也被找到，其他研究也發現含有視黑素的視網膜神經節細胞會傳送訊息至腦中不同部位，包括下視丘的上視交叉核（suprachiasmatic nucleus）。而剩下的實驗就是要測試在不含黑視素的情況下生理時鐘起不起作用。

Kay等人的實驗發現發現缺少Opn4基因的老鼠無法維持廿四小時的生理時鐘規律，利用15分鐘的藍光光照，會使得正常鼠的生理時鐘延緩，但基因剔除鼠則只有顯著較少的相遲緩。為了證實是因為視網膜訊號的敏感度減弱了，他們把基因剔除鼠放在廿四小時白光光照下，結果牠們的生理時鐘只有較短的延長。牠們的生理時鐘對光的敏感度減低了五至八成。

而Ruby和O'Hara等人利用基因剔除鼠來測試黑視素在傳送光訊息至生理時鐘系統的相對角色。他們發現沒了黑視素的基因剔除鼠少了四成對光強度變化的反應。這使科學家結論道，黑視素是重調生理時鐘的一個重要但非唯一的分子。缺失黑視素的基因剔除鼠對新的光模式還有反應，雖然效率大降。他們認為可能還有多餘的系統來調節生理時鐘。這樣的多餘性是有演化的好處的。而未來的工作即是尋找其他調節生理時鐘的分子。

原學術論文：
1) N. F. Ruby, T. J. Brennan, X. Xie, V. Cao, P. Franken, H. C. Heller & B. F. O'Hara. Role of Melanopsin in Circadian Responses to Light. Science Dec 13 2002. 298: 2211- 2213.
2) S. Panda, T. K. Sato, A. M. Castrucci, M. D. Rollag, W. J. DeGrip, J. B. Hogenesch, I. Provencio & S. A. Kay. Melanopsin (Opn4) Requirement for Normal Light-Induced Circadian Phase Shifting. Science Dec 13 2002. 298: 2213- 2216.

類別：

古生物學

新聞來源：

Sciscape

取材自：

EurekAlert! (12/13/2002) -- Mouse gene knockout illuminates how light resets clock

相關連結：

生物時鐘從何而來

評選二○○二年度十大最重要的科學成果