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Take Home Message
• 實驗動物因為繁殖能力佳、身體構造及基因與人類相似度高等特性，各自在不同科學領域廣為利用，替人類累積無數實驗成果與醫學突破。
• 利用動物進行的生理實驗結果之所以能夠套用在人類身上，是因為生物擁有相同的分子生物學中心法則，因此動物試驗往往也能部分反映人類真實情況。。
• 儘管生命有共通的中心法則，但不同品系、個體間仍存在差異，沒有任何一種物種能百分之百模擬人體疾病的症狀與病程。不過，有時這些差異與臨床多樣性也是發現新療法的契機。

讀者是否曾經好奇，小鼠（Mus musculus）和大鼠（Rattus norvegicus）為什麼可以用來研究人類生理，替人類疾病找尋新的治療策略？為什麼斑馬魚（Danio rerio）和牠的胚胎是研究遺傳疾病、藥物篩選和毒性測試的理想模式生物？果蠅（Drosophila melanogaster）怎麼幫助科學家發現遺傳密碼守護者── 染色體的運作祕密與發育過程中基因調控的關鍵機制？線蟲（Caenorhabditis elegans）的細胞凋亡（apoptosis）研究〔註〕又提供了哪些癌症與神經退化性疾病的重要線索？現在，就來看看這些實驗動物們各有什麼特點，又如何應用在不同的醫學研究。

〔註〕一種有計畫且受控的「自我毀滅」程式，也是生物體為維持健康運作的重要機制。細胞凋亡不同於細胞壞死（necrosis），它是自發性的過程，細胞會有序地解體，不會釋放有害物質，也因此不會引發周圍組織的發炎反應。這個過程通常由內部或外部信號觸發，例如DNA 損傷、病毒感染或免疫系統的需求。

線蟲：

這個接近一毫米（mm）長的線蟲門無脊椎動物，因為生命週期短、身體透明，讓科學家能夠輕鬆觀察細胞分裂和發育的每個細節。儘管牠只有約一毫米長，但已經幫助我們了解參與細胞凋亡的關鍵基因如何調控，以及神經系統退化的分子變化和衰老的過程。

果蠅：

這隻昆蟲綱的「基因飛天俠」不是普通害蟲，只要有適合的發酵水果與腐爛的植物，就可以讓牠們快速繁殖，短短幾天內便能產生大量後代。果蠅擁有相對簡單的基因組和快速的繁殖能力，因此是研究遺傳學的理想模型。果蠅基因研究已經為人類解開許多染色體相關疾病和控制胚胎發育的線索。

斑馬魚：

別小看這些條紋斑斕的「水中俠客」，牠們的基因與人類相似度高達70%，體型小、繁殖力強且透明容易觀察，便於在實驗室中進行大規模研究。配合基因轉殖技術，牠們已經成為發育生物學和基因功能研究的明星。藉由許多儀器與水中活動攝影系統的記錄，斑馬魚甚至可以用來研究心血管疾病、神經退化性疾病和癌症；強大的再生能力更讓牠們成為研究組織修復和再生的絕佳模型。

小鼠：

不要以為這些小可愛們只會偷吃奶酪玩躲貓貓，小鼠和人類的基因相似性約有95%，加上小鼠生理系統的運作比水生動物更接近人類，許多基因功能和疾病機制與人類之間是相似的，因此小鼠就像是我們的「基因偵探」。此外科學家從20 世紀初開始投入小鼠的育種與飼養技術改良，至今已培育出許多不同品系，包含純系小鼠（inbred strains）、雜交小鼠（hybrid strains）和基因轉殖小鼠（transgenic mice）等。這些品系具有不同的遺傳背景和特性，可以針對特定研究需求進行選擇，且能有效控制個體差異，提供高度一致的實驗結果。

科學家還利用基因轉殖技術建立特定疾病模型，例如癌症、糖尿病和神經退化性疾病，甚至近年火紅的基因編輯技術，可以更快速、有效地編輯基因，探討特定基因的正常生理調控與特定疾病病程演進。小鼠適應性強，容易飼養和繁殖，妊娠期僅約19 ～ 21 天，每窩可產下6 ～ 12 隻幼鼠，讓科學家快速獲得大量實驗數據，這些基因偵探們已經成為研究人類疾病和開發新治療策略的頂級明星。

大鼠：

大鼠比起小鼠更為聰明，體型適中，血管較易找到，允許多次採血，且具有快速的新陳代謝能力，以及與人類相似的肝臟酶代謝系統，因此科學家能夠在短時間內觀察藥物進入動物體內後的吸收、分布、代謝和排泄，進行藥物動力學研究。加上大鼠的尿液和糞便樣本便於收集，有助於研究藥物和代謝產物的排泄途徑與速度，因此大鼠長期應用於研究藥物傳輸系統（例如口服、靜脈注射和經皮給藥），以評估不同藥物的生物可利用度和傳輸效率。

除此之外，大鼠的大腦結構和神經元分布與人類有很多相似之處，因此牠們的行為研究結果可以在一定程度上外推至人類，加上大鼠有豐富的社交、探索、學習和記憶等行為，比起小鼠，大鼠的可訓練性更好，能夠學會迷宮實驗、行為條件反射測試等行為任務，在研究學習、記憶、情感和動機等生理調控機制時格外有用。光遺傳學〔註〕、神經影像技術和腦電圖等現代神經科學技術也可以應用在大鼠身上，讓研究人員詳細觀察、操縱大腦活動，從中理解神經活動與行為之間的關係。出於道德和倫理的考量，許多行為學實驗無法直接在人體執行，而大鼠作為模型動物提供了替代方法，讓學者在符合倫理標準的條件下進行深入研究。不管是哪一種模式生物，科學家在實驗室環境中，可以精確控制動物的飲食、環境和其他實驗條件，藉由變因控制，研究單一因子變化下的影響將會更加容易，也能藉此推測出疾病發生的重要關鍵機制。

〔註〕結合基因工程與光學技術的突破性工具，研究人員會將來自光敏蛋白的基因引入到目標神經元中，這些光敏蛋白能夠在特定波長的光照射下，打開或關閉神經元的活動，讓科學家精確控制和研究神經元活動。

動物身上行得通，人類也可以嗎？關鍵在「分子生物學中心法則」

回到最根本的問題，為什麼以無脊椎動物、昆蟲、水生動物、齧齒類動物進行實驗所獲得的結果，竟然可以探討人類的各樣生理與疾病的作用機制？這一切都要從分子生物學的中心法則（central dogma）說起。……【更多內容請閱讀科學月刊第664期】