众所周知,许多电影都会使用替身演员,为大牌明星尝试危险动作、进行大尺度表演,或者只是在试拍时走位。随着电脑科技的发展,替身演员甚至可以为“动物明星”服务——比如近年重拍的科幻经典《猩球崛起》(又译《猿人争霸战》)中的猩猩主角“凯撒”,就是依靠在人类演员脸上进行动作捕捉,辅以电脑动画来完成精彩“演出”。
世界各地的生物学、医学实验室里,也有一群被称作动物模型(animal models)的“替身演员”,让科学家不必伤害人体就能进行生理学、病理学甚至心理学方面的研究:黑腹果蝇被拿来研究遗传学,斑马鱼在早期发育领域有重要参照作用,老鼠和猴子则常用于癌症治疗、手术试验以及神经科学研究等。这些被精心培育的动物模型通常在某个方面与人类(或其他动物)“等价”,因而对药物的反应、遗传学特征等也与人类相似。
近年来基因编辑(gene editing)技术的发展成熟,让科学家得以通过定点改变基因,让更多的动物——比如鱿鱼和章鱼——可以加入动物模型的行列,成为人类的“替身”。
进行动物实验的重要原因之一是,我们能掌控整个体系,并从中作出预测。
在动物模型的选择上,科学家常常需要考虑到多胎性、生命周期长短、体型或胚胎大小、品种特异性等是否适合研究。老鼠就是很好的例子:让老鼠进行近亲繁殖可以最大程度地保持其基因的“纯度”,即每只老鼠几乎是“基因等价”(genetically identical)的,这样在实验中改变某个环境因素时,任何老鼠的反应都是一致的,这为得到可靠的科学结果提供便利。
此外,老鼠、蝇类等动物的繁殖周期很短,这在许多研究中也至关重要。美国缅因州的杰克逊实验室(Jackson Laboratory)科学主任 Nadia Rosenthal 开玩笑说:“有时候我们需要同时研究连续几代的动物,所以大象绝对不是一个好的选择,除非你是个特别有耐心的人。”
更重要的是,对于空间有限的实验室而言,动物模型的体积不宜过大,否则无法进行大规模实验。比如,章鱼的运动、伪装以及神经系统都很有研究价值,但同时也需要很大的空间。美国海洋生物实验室(Marine Biological Laboratory)的 Eric Edsinger 表示:“一个标准玻璃缸只能装下一条章鱼,但却可以放进10条侏儒鱿鱼。”
“侏儒鱿鱼”是 Edsinger 利用基因编辑技术研发的新型动物模型品种,除了体积小以外,其生命力还很顽强,这对于实验室也很重要。Edsinger 说:“有些章鱼,如果水里的 pH 值(酸碱度)下降一点点,就要死不活;但是侏儒鱿鱼,我随手放在门口的桶里也没事,牠们一点也不介意。”借助以 CRISPR/Cas9 为主的基因编辑技术,他希望能研发更多的头足类动物模型品种,帮助研究运动、伪装和神经系统。
![侏儒鱿鱼。](https://d32kak7w9u5ewj.cloudfront.net/media/image/2016/11/9fae56416e584052a258aeb8197d71ca.jpg?imageView2/1/w/1080/h/720/format/jpg)
CRISPR/Cas9 技术因为精准、有效、快速,近几年风靡全球多个生物实验室。乔治华盛顿大学生物学家 Arnaud Martin 指出,CRISPR 为整个生物学领域带来巨大变革,利用该技术能进行此前无法完成的工作,且大大加快实验过程。
Martin 甚至认为,CRISPR 似乎可以应用于任何生物体,他自己就成功将该技术应用于海洋甲壳类动物。今年1月,他与合作者 Nipam Patel 通过研究发现,让这类动物的 Hox 基因表达失活,可以干扰其特殊附属物——比如触角和爪子——的发育。Martin 期待更多的研究者在不久的将来可以利用 CRISPR 精确改变动物的 DNA 序列,来研究其如何影响基因活性——比如四足动物是如何发生适应性改变而长出四肢的。
不过,动物实验和基因编辑技术在伦理上也遭到不少质疑。尽管大多数动物在实验结束后会被安乐死,但动物权利主义者认为,现在已经有很多用于实验的物种,不需要再研制新的;另一方面,实验一定会对动物造成伤害,因此这是人类为自身利益而牺牲动物权利的自私行为。
回到开头提到的《猩球崛起》,这部电影讲述这样一个故事:美国加州“基因系统公司”的科学家为治疗老年痴呆症,研制出“ALZ-113”气体药物,但在猩猩身上进行实验后,意外让猩猩智商得到极速提升,而身体机能又比人类更强的牠们开始反抗,并引发暴乱……十年后,地球被猩猩们占领,少数活着的人类只能苟且偷生。
在将来的某一天,人类的命运会被“替身”主宰吗?
来源:ScienceNews、科学美国人、自然