9個頂級新興模式生物“明星”

　　什么是模式生物？

　　在生命科學、人類醫藥和健康研究領域，實驗動物在生命活動中的生理和病理過程，與人類或異種動物都有很多相似之處，并可互為參照，可以用各種方法把一些需要研究的生理或病理活動相對穩定地顯現在標準化的實驗動物身上，供實驗研究之用。這些標準化的實驗動物就稱之為模式動物。經典的模式生物中植物有擬南芥、水稻動物等，動物有果蠅、線蟲、斑馬魚、非洲爪蟾蜍、小鼠、大鼠等。

　　經典模式生物雖然已廣泛用于各種研究之中，但是卻也有它們各自的缺陷。那么接下來，我們來盤點9個頂尖的新興模式生物，來看看它們到底有著怎樣不一般的優勢呢？

　　（Jian-Kang Zhu，Shanghai Center for Plant Stress Biology）

　　極端環境下的農業

　　隨著全球溫室效應的加劇、氣候變化以及人口的增長，全球糧食產量越來越無法滿足人類的需求。預計到2050年全球的糧食產量需要翻番才夠，于是培育出能夠在極端環境下生長的農作物成為科學家研究的焦點。擬南芥和水稻是目前運用較多的模式植物，然而此兩種模式生物在極端環境下生長的研究卻不盡人意，科學家發現擬南芥的“親戚”Thellungiella sp.卻脫穎而出，這種植物生命周期短、種子產量高，而且還容易實現轉基因操作。未來，科學家將可能利用對這種鹽土植物的研究培育出能在極端環境下生長的農作物。

　　（Jessica Whited，Harvard Medical School）

　　蠑螈之腳

　　美西鈍口螈又稱“六角恐龍”，它們有超強的再生能力——它們的腳斷了過后可以再生。經研究發現，在解剖學上它們組織再生與人類的竟然驚人的相似。前幾個世紀關于兩棲動物再生的研究只是處于宏觀水平，但是隨著現在生物科技的發展，科學家將利用測序技術和基因編輯技術研究蠑螈再生的關鍵——“芽胚基”，有望明白為什么哺乳動物包括人類在內的組織再生和這些小小的蠑螈相比卻有更高的門檻？

　　（Andrei Seluanov and Vera Gorbunova，University of Rochester）

　　真理存在于“裸露”中

　　裸鼴鼠，和老鼠一般大小卻擁有更長的壽命，不僅如此，它們對抗與衰老有關的疾病——比如癌癥也技高一籌。傳統的模式生物如——大鼠與小鼠的壽命都比較短，也許這拿它們去研究與衰老有關的疾病并不是一個好的選擇。選擇一個非傳統的模式生物去研究可能會遇到各種困難，但是卻非常有價值，而且隨著RNA干擾技術和CRISPR/Cas9基因編輯技術的日益成熟，科學家們相信研究長壽的模式生物將會為研究帶來不小的收益。別忘了，除了裸鼴鼠，我們還可以選擇河貍、灰松鼠、北極露脊鯨等去研究呢。

　　（Masanori Kasahara，Hokkaido University）

　　遠古免疫術

　　從鯊魚到人類頜類脊椎動物都進化出了免疫蛋白超家族獲得了適應性免疫。然而，七鰓鰻和八目鰻這樣的無頜類脊椎動物卻擁有能與T細胞與B細胞受體相媲美的可變淋巴細胞受體（variable lymphocyte receptors VLRs）。就拿七鰓鰻來說，它們擁有三種不同的淋巴細胞系：類似于B淋巴細胞的淋巴細胞，類似于αβT細胞的淋巴細胞和類似于γδT細胞的淋巴細胞。頜類脊椎動物和無頜類脊椎動物雖然都有類似的淋巴細胞種類，但是它們卻走上了不同的抗原受體進化之路。許多疑問還未解決，對于這兩種動物的研究將會在未來的免疫學不小的驚喜。

　　（Gro V. Amdam，Arizona State University and Norwegian，University of Life Sciences）

　　蜂群的生活邏輯

　　蜜蜂不僅僅是勤勞的代言詞，同時蜜蜂對于復雜行為的研究非常有價值——比如社會分工，信息交流，決策判斷和群體老齡化以及群體免疫。研究它們的學習、記憶、象征性語言行為，對于人們了解社會行為的進化起了極大的作用，它們是人類探索真理的好幫手。

　　（Nachum Ulanovsky，Weizmann Institute of Science）

　　純天然的神經科學

　　人類在神經科學上取得不小的成果，但是，這些成果都基于簡單和高度可控的實驗室動物的行為。然而這樣基于還原論的研究成果也有它的缺陷，它忽略在真實復雜的自然環境中大腦是如何工作的。所以，科學家們想出了精妙的新招：先去野外采集有用的信息，再拿到實驗室來重復試試。蝙蝠，是一種不錯的選擇，為什么呢？第一，人類對蝙蝠已經有了較為豐富的了解，而且有些種類可以馴養在實驗室。第二，蝙蝠的3D成像飛行和超聲波導航技能讓蝙蝠成為了研究生物導航神經基礎的良好范本。第三，精確度毫秒以內的記錄儀讓研究蝙蝠的聲吶系統激活非常方便，最后，研究蝙蝠為驗證人類的假想——“所有的動物是相似”是對還是不對的提供了證據。目前關于蝙蝠與其他嚙齒類動物的海馬體的研究已經引起了關于“所有的動物是相似”觀念的爭議，那么在未來的神經學研究中，我們對蝙蝠表現拭目以待吧。

　　（Guoping Feng，MIT）

　　猴子的大腦：衰老研究的好對象

　　從嚙齒動物獲得的關于阿爾茲海默癥科學研究在向成果轉化差強人意，科學家正在思考是不是應該去尋找更好的模式生物。雖然已經從非類人猿——獼猴和印度灰葉猴取得不錯的進展，然而它們的壽命（高達30歲）較長也為研究帶來了不便。圍繞這個問題，科學家認為壽命較短的倭狐猴可能對研究大腦衰老以及阿爾茲海默癥大有裨益。年老的倭狐猴（＞6歲）顯示出與年老人類相似的情況——比如白內障、嗅覺失靈、活動能力減弱和意識缺陷。而且，約5%–10%年老的倭狐猴發展出一些退行性行為：社交減弱和生物鐘失靈。甚至，還出現了器質性的改變，包括大腦萎縮、膽堿能神經缺失、β-淀粉樣蛋白沉淀、Tau累積，這些改變都與阿爾茲海默癥病人表現相似。總之倭狐猴可謂是新興的研究阿爾茲海默癥的明星模式生物。

　　（Anne Brunet，Stanford University）

　　“年輕”的魚

　　非洲齒鯉，一種神奇的物種。生活在津巴布韋和莫桑比克的小池塘里，只會在短暫雨季出現，為了適應這里的自然環境，它們的壽命也相應的縮短，可謂是真正的“年輕”。關于衰老的研究，用無脊椎動物——比如線蟲和果蠅，然而這些無脊椎生物卻有缺陷：它們缺少骨骼、血液、適應性免疫系統；而有脊椎動物——比如小鼠（壽命2.5年）和斑馬魚（壽命4-5年）的壽命又略長了。在研究衰老方面，而非洲齒鯉，卻有著它獨特的優勢：自然壽命短、繁殖力強、飼養便宜簡單、易于基因編輯、與人類衰老表型相似度高。這些種種優點，讓非洲齒鯉成為研究衰老的明日之星。

　　（Daniel Margoliash，University of Chicago）

　　歌唱家的學習

　　對于人類來說，語言非常重要，研究語言需要大量研究學習與記憶。最近科學家利用測序技術、分子生物學技術和基因編輯技術對斑胸草雀的基因組進行了研究，未來會有越來越多的精妙實驗設計可以利用到鳴禽上。對鳴禽進行腦科學以及學習行為研究相結合為我們深入了解神經生物學打開了一扇窗口。