生命科学和医学研究离不开实验动物,而当下应用最为广泛和使用数量最多的实验动物物种非小鼠莫属,以至于我们已经习惯上以“小白鼠”来代指实验动物。
作为实验动物的小鼠到底有多重要呢?我们可以从诺贝尔奖的生理或医学奖获奖者的获奖工作中所使用的实验动物来一窥究竟。
截止2021年,共有224人获得了诺贝尔生理或医学奖,其中有188人的获奖工作在动物实验的基础上完成,所用的实验动物包括猫、狗、猴子、猩猩、兔子、鸡、牛、羊、马、豚鼠、大鼠和小鼠等。
在这188位获奖人中,使用小鼠开展实验的人数高达62人(接近三分之一),其中还包括23位获奖人的工作全部是依赖在小鼠上开展动物实验而完成的。自1945年二战结束后的诺贝尔生理或医学奖获奖人中使用小鼠开展科研工作的占比更高,接近了40%(58/153)。
考虑到二战后更多的诺贝尔奖是同时颁给2-3人,实际这153人是分享了二战后的67次诺贝尔奖。因此,如果按照获奖次数计算,二战后基于小鼠研究的诺贝尔获奖人所占比例更是高的惊人,超过了85%(58/67)。这些获奖人的研究涵盖了从分子、细胞、免疫、代谢和发育的机制到肿瘤、糖尿病和传染性病等生命科学研究的各个领域。
虽然诺贝尔生理和医学奖的研究工作无法代表生命科学和医学研究的全部,但上述数据仍折射出作为实验动物的小鼠已经被广泛应用于生命科学和医学研究的方方面面这一事实。
小鼠不仅是应用范围广,它也是使用数量最多的实验动物物种。欧盟国家在2021年公布的2018年度科学研究中使用实验动物情况报告中,在全部1057万只实验动物中,小鼠的使用数量占比超过了50%,高达550万。
其它国家和地区的实验动物使用情况也类似,如在生命科学和医学研究最发达的美国,其啮齿类实验动物(小鼠和大鼠)使用数量据估算要占整个研究用动物数量的95%以上,这其中小鼠使用数量要远超大鼠。
全球范围内,在科学研究中所用实验动物数量上,小鼠也遥遥领先于其它实验动物物种而处在绝对的第一位,并超过了所有其它实验动物使用数量的总和。
2018年欧盟国家科研用实验动物物种占比分布图
读者朋友们不禁要问
为什么是小鼠,而不是与人类更为亲密的伴侣动物狗和猫,也不是在进化上与人类亲缘关系最近的非人灵长类实验动物如猴子?
仅仅是因为小鼠体型小、性情温顺、繁殖能力强、饲养成本低、生长迅速和寿命短这些内在因素吗?
是否还有其它因素成就了小鼠在实验动物界的这种江湖地位?
如有,又是哪些因素和历史事件让小鼠从众多竞争者中脱颖而出的?在这个过程中经历了哪些科学事件及哪些人主导了这些事件的发生?
接下来,本号将以连载的形式介绍小鼠是如何从陪伴人类左右的小偷和少数人的宠物进化成明星实验动物的。
重点关注那些参与这一漫长过程的人物及其在特定历史背景条件下所经历和推动的事件,并藉此来一窥科学发展的规律和曲折历程。
与人共舞的老鼠
在约8500年前人类驯化了植物并开始农耕时代后,老鼠(mouse)很快就适应了偷食人类仓库粮食的生活,故在纵观历史,老鼠多是以小偷的形象伴随于人类左右的。英文mouse这个词就是源自梵文“musuka”,意思是“小偷”或“强盗”。
虽然老鼠以小偷形象示人,但因文化和信仰上的差异,导致了世界各地的人们对老鼠态度迥然不同。因此,在人类近6000年的文学和艺术作品中,老鼠也是以不同形象示人的。
农业社会时期的欧非大陆,老鼠常被描述为谷仓的“入侵者”和“毁灭者”,并被划归到害虫的行列。当时,防控老鼠的任务主要由猫来完成,这也导致了古埃及人对猫的崇拜。
到17世纪,虽然大鼠和小鼠已经被用于制药工业的安全评价,但天主教信众仍然认为它们是好色的生物和恶魔的工具。而在亚洲,老鼠却得到了截然相反的待遇。中国人将老鼠排在十二生肖之首,日本人则把老鼠看做是可带来财富和幸运的大黑神。由于拥有众多鲜艳的毛色外观和转圈等特定行为表型,老鼠甚至藉此成为了一些亚洲王公贵族的宠物。如早在公元前1100年,日本就有饲养斑点小鼠的记录,而公元前80年的汉王朝也有跳舞小鼠的记载。
虽然这种在亚洲为数不多的王公贵族中出现的爱好并没有得到广泛普及,但作为宠物的老鼠却随着时间的推移和全球贸易的发展漂洋过海,来到了欧洲和美国,并在19世纪末20世纪初成了当地的一种新时尚。
或许迪士尼帝国的核心角色之一米奇鼠(Mickey)就是在这种条件下催生出来的。随着迪士尼动画片《猫和老鼠》经久不衰的全球热播,那些没有经历过农业生产的新一代城市人往往会将老鼠视为一种既聪明而又可爱的小动物。
到了1929年,在以专业培育和繁殖近交系小鼠为主要目标的美国杰克森实验室的开张后,老鼠大家族中的一员——小鼠已经被美国的一些宠物爱好者和遗传学家系统地驯化了,并开始了大量繁育以满足日益增长的生物科学和医学实验需求。
逐渐地,在一些人,尤其是科学家的眼中,这些系统驯化的小鼠已经成为科学研究不可或缺的动物模型。其中,通过连续20代以上近亲繁殖得到的近交系小鼠更是成为了科学研究的标准化模式动物。此时的小鼠又被赋予了一个全新的形象——人类的替难者。
随着更多近交系小鼠的培育及各种遗传操作技术在小鼠上成功的应用,从此让生命科学和医学研究领域的科研工作者再也离不开小鼠。小鼠也逐渐成了所有实验动物物种中最耀眼的明星。
那么与人类有如此深厚渊源,在漫长相伴的历史中形象多变的老鼠到底是一种什么的动物呢?
自从林奈建立了以界、门、纲、目、科、属、种的分类方法学以后,我们都习惯上将某种动物划归到某特定目录中去。在分类学上老鼠是动物界,脊索动物门,哺乳纲,啮齿目,鼠科下面动物的统称。
啮齿目是地球上最大的哺乳动物群,约占哺乳动物全部物种的40%。它们适应环境能力极强,几乎分布在除南极洲以外地球上的各个角落。那些寄居在人类周围,并经常与人类“分享”食物的老鼠虽然常被称为“普通家鼠”而不是野生鼠或野老鼠,但事实上它们却是同一个物种。小鼠则隶属于啮齿目鼠科小鼠属小家鼠种。
今天的大多数小鼠都是起源自19世纪末的亚洲和20世纪初欧洲和美洲的花式小鼠爱好者饲养的宠物小鼠。宠物小鼠跨越亚洲、欧洲和美洲的饲养繁育过程令小鼠在遗传组成上包含了东南亚小家鼠、西欧小家鼠和东欧家小家鼠三个亚种的遗传信息。其中西欧小家鼠约占小鼠基因组的92%,且其线粒体也是来自西欧小家鼠,但Y染色体却多起源于东欧小家鼠和东南亚小家鼠。
人类(智人:Homo sapiens)很早就驯化了多种动物,它们或作为人类的伴侣动物如狗和猫,协助人类狩猎和看家护院;或作为家畜如马和牛,帮助人类完成耕田和货物运输等高强度的体力劳作,当然它们还是人类蛋白质食物的主要来源。显然这些动物更为多数人所喜爱。但不同于这些驯养动物,老鼠在多数情况下都为人类所不喜。
那么作为这些曾经令人类讨厌的“粮仓小偷”之一,老鼠家族中的一员小鼠又是如何一步一步成为科学家的宠儿而被驯化的呢?请看下回《始于格兰比》。
参考文献:
1. Summary Report on the statistics on the use of animals for scientific purposes in the Member States of the European Union and Norway in 2018.
2. Estimating mouse and rat use in American laboratories by extrapolation from Animal Welfare Act-regulated species.
3.《The Laboratory Mouse》 Chapter 1.1 Origins and Phylogenetic Relationships of the Laboratory Mouse.
4. Yang, H., et al., Subspecific origin and haplotype diversity in the laboratory mouse. Nat Genet, 2011. 43(7): p. 648-55.
5. Yang, H., et al., On the subspecific origin of the laboratory mouse. Nat Genet, 2007. 39(9): p. 1100-7.
6. Beck, J.A., et al., Genealogies of mouse inbred strains. Nat Genet, 2000. 24(1): p. 23-5.