鼠年说鼠:老鼠是怎么成为实验室宠儿的?

作者:赵言昌来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-07-03

为什么实验室里需要那么多老鼠呢?

今年是鼠年,按理应该多关注一下老鼠。可惜,2020年对我们来说有点煎熬,对老鼠也不例外。三月份至今,不止一个实验室接到命令,对实验室内的大量老鼠进行安乐死。

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相关新闻,图片来源:sciencemag.org

这就引出了一个问题:为什么实验室里需要那么多老鼠呢?

答案藏在唐纳森的生平里。

改变一切的人

亨利·唐纳森(Henry Herbert Donaldson)1857年生于美国。父亲是一位成功的银行家,母亲则是远近闻名的美女。他一出生就赢在了起跑线上。[1]

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唐纳森,图片来源:National Library of Medicine

1875年,唐纳森进入耶鲁大学,跟当时很多富裕人家的孩子一样立志成为一名医生。研究生期间,接到一个很有意思的课题:砷。

砷你可能不熟悉,但砒霜你肯定听过。砒霜就是三氧化二砷。在导师的带领下,唐纳森研究了砷的方方面面,他靠着严谨的精神,出色地完成了课题。可是,研究生院毕业后实习时,一件尴尬的事儿出现了——唐纳森发现,比起看病挣钱他更喜欢搞测量。

基础研究是个清水衙门。不知道当时有没有人劝过他,但他肯定过得很快乐,因为接下来他出色地完成了皮肤感受器的相关研究。

人们常说“冻头暖脚”,为什么冬天容易脚冷呢?唐纳森发现,原来皮肤里藏着各种各样的感受器,有的感受冷、有的感受热,而且其分布并不均匀——脚上的冷觉感受器更多一些、对冷更加敏感。[2]

向神经学进军

关于感受器的研究,将唐纳森带入了神经学领域。之后,他开始研究劳拉·伯里曼 (Laura Bridgman)。

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电影中的伯里曼(中),图片来源:digitalcommonwealth.org

伯里曼相当于另一个海伦·凯勒,只是比凯勒早了五十年。小时候的一场猩红热,使她失去了视觉、听觉、味觉、嗅觉;靠着惊人的意志,她最终学会读与写,接受了较为完整的教育、成为时人的偶像。人们一边钦佩其作为,一边唉叹其遭遇,科学家亦然。

当然,科学家们表达关心的法子古怪一些——他们希望对伯里曼的大脑进行系统的研究,从根本上杜绝悲剧、拯救世间所有的相似的患者。

唐纳森在研究中发现,伯里曼的大脑跟正常人存在一些区别。要想研究这个区别,就需要合适的样本。伯里曼的大脑只有一颗,只能等他们死去,而后获取其家属同意才行。一来二去,几十年就过去了。试问有几个科学家敢拍着胸脯说自己“等得起”呢?

共同需求

“要是有一种适合做研究的动物,就太好了。”这不仅是唐纳森的想法,也是当时学界的共同需求。

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早期诺贝尔奖得主用过的实验动物,图片来源:fbresearch.org

正因如此,当时好多动物遭了殃,猫、狗、兔子,甚至是鳄鱼都曾出现在实验室里。然而,动物跟人类毕竟有差距,不同动物之间更是千差万别。有一位科学家甚至吐槽说:“如果我忽然拥有了上帝的能力,我会创造一种对绝大多数研究适用的动物。”[3]

那这种动物需要具备哪些特征呢?

唐纳森认为,最重要的是这种动物的发育情况要能跟人体对应起来。生理、病理、药理方面的研究,最终都要回到我们身上来。如果不存在对应关系,实验的意义便大打折扣。

于是,唐纳森改变了自己的研究目标,开始寻找一种合适的实验动物。

千呼万唤始出来

恰在此时,发生了一件小事。

唐纳森有位同事在大学教授解剖课,偶然搞到一些得了白化病的大鼠。患上这种病之后,它们便失去色素,全身发白、各部位看起来十分清晰,跟人类得此病很相似,把它当作解剖学教材再合适不过了。

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阿道夫·迈尔(Adolf meyer),图片来源:hub.jhu.edu

大鼠不是“大号的老鼠”,而是一类老鼠的名称;体型上,比我们偶尔会见到的小家鼠大得多。

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大鼠,图片来源:faunaparaguay.com

课后,还剩下不少老鼠,教授随手送给了唐纳森。他带回去研究很快发现,这些得了白化的大鼠性情温顺、生长繁殖很快,也许很适合当作神经系统实验动物。

1907年,唐纳森加入了威斯塔研究所(Wistar Institute)。当时的管理人员野心勃勃,希望它成为全美国的医学研究中心,对唐纳森这样年轻有为的学术明星自然十分欢迎。

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实验人员合影,图片来源:hiddencityphila.org

在研究所的支持下,唐纳森开始对老鼠们进行纯化培训。让大鼠通过不断地近亲繁殖,血统就会越来越“纯正”,性状也会越来越稳定。

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海伦·金(Helen King),实验室工作人员与最早的白化病大鼠,图片来源:wistar.org

与此同时,唐纳森开始为白化病大鼠建立坐标系。它们生下来什么样、吃啥食物长最快、每天的体重变化有多少;尤其是,详细测量老鼠的神经细胞变化,与人类的神经系统对应起来。结果显示,在神经系统方面,三岁的白化病大鼠相当于九十岁的老人。[4]

换句话说,实验人员只要查一查唐纳森制作的表格,就能知道自己的药物对老鼠引起了什么样的改变;更进一步可以迅速对结果进行推算,推测其对人类的影响。[5]

1911年,唐纳森致辞神经病学协会,详细阐述了白化病大鼠的优势;第二年,威斯塔研究所里的大鼠达到六千多只,足以应付各种研究;第三年,他们开始资助其他的实验室——送出去两千多只老鼠。

这就是人类历史上第一种标准化的实验动物,wistar大鼠。

尾声

如今的实验室里,根本离不开老鼠。据统计,全世界最流行的二十五种药物中,每一种都用到了大白鼠;这一次新冠肺炎疫情中,老鼠也药物研发、疫苗实验等方面立下汗马功劳。

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部分知名药物与背后的实验动物,Rat即大鼠,图片来源:fbresearch.org

当然,这一切唐纳森都看不到了。

1892年,唐纳森因为结核病瘸了;此后,身体一直算不好,但是每一年他都有至少一篇论文发表。1939年,他死于肺炎引起的心脏衰竭,只留下他培养的动物在世间行走。
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参考文献

[1](U.S.) N A of S. Biographical Memoirs[M/OL]. National Academies, 1939. https://books.google.com.hk/books?id=OpErAAAAYAAJ.

[2]LAZAR J W. Henry Herbert Donaldson’s (1857-1938) Contribution to an Organized Approach to the Experimental Study of the Mammalian Central Nervous System[J]. Journal of the History of the Neurosciences, 2018, 27(4): 311–332. DOI:10.1080/0964704X.2018.1451159.

[3]CLAUSE B T. The Wistar Rat as a Right Choice: Establishing Mammalian Standards and the Ideal of a Standardized Mammal[J/OL]. Journal of the History of Biology, 1993, 26(2): 329–349. https://www.jstor.org/stable/4331267.

[4]DONALDSON H H. A Comparison of Growth Changes in the Nervous System of the Rat with Corresponding Changes in the Nervous System of Man[J/OL]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1918, 4(9): 280–283. https://www.jstor.org/stable/83654.

[5] CARR H. Donaldson’s “the rat”[J]. Journal of Animal Behavior, 1916, 6(6): 419. DOI:10.1037/h0068330.

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