大鼠與人類的奇妙“連接”

文/ 萬穎寒 沈 淼 謝淑武

大鼠，是使用數(shù)量?jī)H次于小鼠的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。當(dāng)它們?cè)诿詫m中尋找巧克力獎(jiǎng)品時(shí)，海馬體正上演著與我們備戰(zhàn)考試時(shí)相似的神經(jīng)活動(dòng)；當(dāng)它們因撓癢而發(fā)出50千赫的“笑聲”時(shí)，腦區(qū)神經(jīng)元的活躍頻率竟與人類被逗樂時(shí)相同。在學(xué)術(shù)雜志上，我們經(jīng)?？吹疥P(guān)于大鼠的科學(xué)研究報(bào)道，如讓中風(fēng)患者重獲抓握能力，助糖尿病藥物突破代謝瓶頸，甚至為抑郁癥治療揭開神經(jīng)環(huán)路的面紗等。

實(shí)驗(yàn)室里的大鼠跟人類有哪些相似之處？在攻克人類疾病的研究中，大鼠又有哪些優(yōu)勢(shì)？

實(shí)驗(yàn)室里的大鼠從哪里來

如果你在實(shí)驗(yàn)室里見過小鼠，很可能也見過它們的“大號(hào)兄弟”——大鼠。大鼠看上去就像是小鼠的“放大版”，但其實(shí)在生物分類學(xué)上，小鼠屬于鼷鼠屬小家鼠種，而大鼠屬于家鼠屬褐家鼠種，它們是兩個(gè)不同的物種。

大鼠的祖先原本生活在亞洲的中部草原，在17世紀(jì)的一次機(jī)緣巧合下，這些機(jī)智的嚙齒動(dòng)物悄悄地進(jìn)入了從亞洲返航的荷蘭商船的貨艙，搭上了進(jìn)入歐洲的“順風(fēng)船”，完成了一段跨越歐亞大陸的奇妙旅程。1728年，倫敦的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這群大鼠中出現(xiàn)了非常顯眼且罕見的白化個(gè)體（整體呈白色或淺色的個(gè)體），大鼠至此成了科學(xué)界的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

真正讓大鼠成為實(shí)驗(yàn)室“明星”的是美國(guó)威斯塔研究所。20世紀(jì)初，埃倫·迪安·金領(lǐng)銜的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)像培育純種賽馬一樣，經(jīng)過幾十年精心選育，創(chuàng)造出遺傳特征完全一致的實(shí)驗(yàn)大鼠家族——威斯塔大鼠。如今全球?qū)嶒?yàn)室里的大鼠，近七成都是這個(gè)家族的后代。威斯塔大鼠作為第一種標(biāo)準(zhǔn)化的馴化實(shí)驗(yàn)大鼠，相繼被用于遺傳學(xué)和癌癥研究。這群看似兇猛實(shí)則溫順的“大家伙”用自己獨(dú)特的生物學(xué)特性，幫助人類破解生命的奧秘。

大鼠與人類的進(jìn)化相似性

大約8 000萬年前，大鼠及其他許多哺乳動(dòng)物擁有同一個(gè)祖先。盡管各種生物在地球漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史中逐漸產(chǎn)生演化、分類，但保守基因在進(jìn)化過程中一直得以保留，發(fā)揮著重要的生物學(xué)功能。實(shí)驗(yàn)大鼠與人類基因有超過90%的相似性，幾乎所有已知的人類致病基因都能在大鼠基因組中找到“副本”，并且在哺乳動(dòng)物進(jìn)化過程中顯得高度保守。這種基因?qū)用嫔系母叨认嗨菩院捅Ｊ匦?，如同打開人類生命之門的備用鑰匙，使大鼠具備了構(gòu)建人類疾病理想模型的優(yōu)勢(shì)。科學(xué)家通過研究不同的疾病大鼠模型，可以找出異常生理現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)制, 進(jìn)而揭示生命科學(xué)的本質(zhì)。

解剖結(jié)構(gòu)與生理功能的相似性

雖然大鼠和人類在體格上存在巨大差異，將兩者直接放在一起比較似乎有些風(fēng)馬牛不相及，但在心血管、神經(jīng)、代謝免疫等疾病的研究中，大鼠是理解人類疾病機(jī)制、測(cè)試治療方法、藥物評(píng)估與研發(fā)等的重要載體。在解剖結(jié)構(gòu)方面，大鼠和人類都具有四肢和呼吸、消化、生殖器官等基本的身體結(jié)構(gòu)，特別是大鼠的神經(jīng)系統(tǒng)，其中樞神經(jīng)組成、主要腦區(qū)及神經(jīng)傳導(dǎo)通路都與人類相似，視神經(jīng)和聽神經(jīng)甚至比人類的要發(fā)達(dá)得多。因而，在糖尿病、高血壓、心律失常等疾病的發(fā)病機(jī)制研究和藥物篩選中，疾病大鼠模型被廣泛應(yīng)用，成為替代人類進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的重要工具。

神經(jīng)行為活動(dòng)的相似性

通過觀察和研究大鼠的行為活動(dòng)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，它們也具有復(fù)雜的情感和認(rèn)知能力，以及出色的學(xué)習(xí)能力。

在情感和認(rèn)知方面，通過肢體語言、面部表情、聲音、嗅覺線索等，大鼠之間不僅能夠相互表達(dá)心意，還能夠準(zhǔn)確識(shí)別同類的情緒狀態(tài)。大鼠的社會(huì)行為復(fù)雜且有趣，在互動(dòng)中，它們甚至展現(xiàn)出了共情和同理心。如果看到“小伙伴”遇到麻煩，比如被籠子困住了，它們會(huì)主動(dòng)去幫忙救出同類，這與人類在看到朋友有需要時(shí)伸出援手的行為如出一轍。更令人驚訝的是，大鼠會(huì)“笑”！通過撓癢實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大鼠在享受被搔癢的快樂時(shí)，會(huì)發(fā)出超聲波“笑聲”，這一發(fā)現(xiàn)打破了人們對(duì)動(dòng)物情感認(rèn)知的固有觀念。

在學(xué)習(xí)技能方面，大鼠的表現(xiàn)著實(shí)令人驚嘆。它們經(jīng)過訓(xùn)練，不僅能夠?qū)W會(huì)使用交通工具抵達(dá)目的地，還掌握了運(yùn)用適當(dāng)?shù)墓ぞ吣玫绞澄锏燃寄堋＿@些行為的發(fā)現(xiàn)，一次次地刷新了科學(xué)家對(duì)大鼠這個(gè)生物的認(rèn)識(shí)，更為探索神經(jīng)系統(tǒng)疾病、情緒疾病等的病因和治療手段提供了有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

科學(xué)真正的偉大，始于對(duì)自然界每一個(gè)“渺小”生命的敬畏。當(dāng)拿到藥品說明書的時(shí)候，或許可以想一想：這背后說不定站著無數(shù)代默默奉獻(xiàn)的“大鼠勇士”呢！

作者介紹

萬穎寒，供職于上海實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心。上海實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科普志愿者服務(wù)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)，上海生命健康張江科技志愿服務(wù)聯(lián)盟秘書長(zhǎng)，華東師范大學(xué)附屬盧灣輔讀實(shí)驗(yàn)學(xué)校科技副校長(zhǎng)，主持或參與國(guó)家及省部級(jí)課題多項(xiàng)。

沈淼，上海實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心實(shí)驗(yàn)師。

謝淑武，上海實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心研究員，研究方向?yàn)樾滤幩幚矶纠韺W(xué)。

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