本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
來自檔案：關於細菌中時鐘的五篇系列文章的第一篇，最初發表於 2006年3月8日。
正如我在關於這個主題的介紹性文章中宣告的那樣，長期以來人們認為原核生物無法產生晝夜節律。1994年[1]發現藍細菌這一類原核生物擁有晝夜節律時鐘，這一訊息受到了極大的歡迎。這是首次明確證明細菌中存在晝夜節律時鐘（我打算在以後的文章中重新討論大腸桿菌的傳奇故事）。
關於晝夜節律時鐘起源的所有三種假設都認為，它首先在水生單細胞生物中進化而來。雖然原生生物非常符合條件，但具有晝夜節律時鐘的細菌將時鐘的起源推回了更遠的過去。這讓研究人員感到高興，因為它支援了時鐘是生命普遍屬性的觀點，以及它在地球生命史上只進化了一次的觀點。這也暗示了所有生物體中的時鐘都使用相同或相似的細胞間機制來產生晝夜節律。
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在藍細菌中發現時鐘時，僅鑑定了兩個晝夜節律基因：果蠅中的period和粗糙脈孢菌中的frequency。第二個果蠅基因timeless在第二年被發現，第一個哺乳動物基因Clock和第一個植物基因Toc在幾年後被發現。因此，當時，生命界可能使用相同的機制來控制晝夜節律時鐘仍然是合理的，就像生命界都使用ATP進行能量儲存和DNA進行資訊儲存一樣。
然而，研究細菌的遺傳學比研究大型多細胞真核生物要更快更容易。很快，藍細菌的時鐘基因被發現，結果證明它們與果蠅或黴菌基因沒有任何相似之處。KaiA、KaiB 和 KaiC（因為它們是在日本發現的，所以被命名為“kaiten”，這意味著讓人聯想到天體執行的事件迴圈）與在任何其他生物群體中發現的任何時鐘基因都沒有同源性，並且細菌時鐘的內部邏輯與植物、真菌和動物的不同，即，它不是典型的轉錄-翻譯反饋環。
藍細菌中的時鐘更像是繼電器開關。它在早上開啟大約 2/3 的基因組（並在晚上關閉），並在黃昏時開啟剩餘 1/3 的基因組（並在黎明時關閉）。最近關於細菌、植物、原生生物、真菌和動物時鐘的發現表明，地球上可能發生了多達五次獨立的晝夜節律時鐘起源事件——每個主要生物群體一次。
Kai 基因中任何一個基因的突變和缺失[1,2 5,6]都會影響晝夜節律表型，要麼改變自由執行節律的固有周期，要麼完全消除節律性。有趣的是，聚球藻細胞似乎具有它們所處晝夜節律相位的“記憶”，並且這種記憶在細胞分裂期間從親代細胞傳遞到子代細胞。
實際上，在某些條件下，細胞分裂是一個比晝夜節律週期快得多的過程。換句話說，聚球藻可能在一天的時間內經歷幾次細胞分裂，但整個菌落始終保持其晝夜節律執行[2,3]。
下次，我將重點關注藍細菌對理解晝夜節律時鐘的起源、進化和適應性功能的貢獻。
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參考文獻、圖片來源和延伸閱讀
[1] 藍細菌的晝夜節律時鐘突變體，作者：Kondo T, Tsinoremas NF, Golden SS, Johnson CH, Kutsuna S, Ishiura M., 科學.266(5188):1233-6 (1994年11月18日)
[2] 原核生物中的晝夜節律時鐘，作者：Carl Hirschie Johnson, Susan S. Golden, Masahiro Ishiura & Takao Kondo, 分子微生物學，第 21 卷，第 5 頁（1996 年 7 月）。
[3] 快速分裂的藍細菌中的晝夜節律，作者：Takao Kondo, Tetsuya Mori, Nadya V. Lebedeva, Setsuyuki Aoki, Masahiro Ishiura 和 Susan S. Golden, 科學，第 275 卷，第 5297 期，第 224 - 227 頁（1997 年 1 月 10 日）
[4] 藍細菌中晝夜節律計時與細胞分裂的獨立性，作者：Tetsuya Mori 和 Carl Hirschie Johnson，《細菌學雜誌》，第 2439-2444 頁，第 183 卷，第 8 期（2001 年 4 月）
[5] 藍細菌晝夜節律時鐘——時間就是一切，作者：Susan S. Golden & Shannon R. Canales，《自然評論·微生物學》1, 191-199 (2003)
[6] 晝夜節律：細菌中時間的光芒，作者：Johnson CH，《自然》430, 23-24 (2004)