我的研究经历：实验动物与实验生物学

我的研究经历：实验动物与实验生物学

4月24日，是“世界实验动物日（The World Lab Animal Day）”，纪念每年死于科学研究的亿万只动物。“世界实验动物日The World Lab Animal Day”，是1979年由英国反活体解剖协会（NAVS，National Anti-Vivisection Society）发起的重要的实验动物保护节日，呼吁人类减少和停止不必须的动物实验。世界实验动物日是受联合国认可的、国际性的纪念日，旨在倡导科学、人道地开展动物实验。中国科学院之上海实验动物中心，世纪初就筹建的实验动物纪念碑于2013年元旦公开亮相。此前，上海交通大学医学院1997年就在校园围墙上钉了块黑底金字“铭记”牌，广东省医学实验动物中心2003年也在大门前建了“致敬”球；此后，北京、南京、西安、重庆、扬州…各地知名生命科学教研单位也都树起了这种纪念碑。

实验动物的出现

生物与医学是分不开的两个基础研究学科，也是饮食与健康相关性很强的两个应用学科。一句话：人与动物、人与自然是统一的，不可分割。远古人类必须传播有关植物和动物的知识以便增加生存的机会。这也包括了人类和动物的解剖学方面（最早的解剖学是中国春秋战国时期的全息解剖学），以及动物行为学（如迁徙的方式）。但是，生物学知识的第一个重大转折点是在约10,000年前的新石器革命。人类首次开始种植作物并饲养家畜，同时开始了定居的生活。

狗是人类最早训话且饲养的动物，驯化的时间大约是在距今13000年至15000年之间。在河北省徐水县南庄头遗址出土的距今1万年左右的骨头，是迄今为止发现的中国最早的家畜骨头。这是一块狗的左下颌。其次就是鸡。人类养鸡的最早有史记录是公元前8000年。中国民间传说中的凤凰是一种仅次于龙的图腾动物，在“血统”上，也与鸡近缘；或许凤是一种已经灭绝了的野鸡。第三个是猫，人类从古代就有养猫的纪录，并在5000年前便已完全驯化猫，古埃及人会饲养猫来捕捉老鼠及其它啮齿目动物等；中国驯化猫的历史记载年代大约有3000多年。

西方动物实验医学则起源于古希腊（公元前400年），比如希腊亚里士多德（前384年6月19日－前322年3月7日）实验和埃拉西斯特拉图斯（前304年－前250年）“活体解剖”，说明人类很早就开始通过动物实验来造福人类。从公元2世纪古罗马名医克劳狄乌斯·盖伦（Claudius Galenus，129年－199年）解剖山羊开始，人类医学迎来一次又一次进步，而每一个台阶的铸就，都离不开无数实验动物的牺牲。实验生物学是西医三大理论基础（解剖生物学、细胞生物学和实验生物学）之一。

中医为什么没有实验动物？

中医起源很早（至少8000年）。中国历史上很早就有“五谷丰登，六畜兴旺”之说，“六畜”即指马、牛、羊、猪、狗、鸡，这个词最早出自《左传》，在《左传·僖公十九年》（公元前641年）里记载“古者六畜不相为用”。《黄帝内经》与《神农本草经》为什么不讲实验动物或动物实验？直到中国唐代（618年6月18日－907年5月12日）的《本草拾遗》和宋代（960年－1279年）的《本草衍义》，才开始记载动物药理实验？原因很简单。《黄帝内经》是来自上古的生命哲学，是一部围绕生命问题而展开的百科全书。《黄帝内经》主张养生、摄生、益寿、延年。“不治已病治未病，不治已乱治未乱。”堪称中国养生之第一书。养生问题的核心是转变生活方式，目的是提高生活质量。生命质量要提高，生活质量必须要上去。生命质量是生活质量的核心。

《黄帝内经》的智慧是配套的，把合道做人放在首位，然后天地才能开智慧。深，就在于其研究对象是生命，研究宇宙的生命，人的生命，万物的生命。《黄帝内经》认为：人是有别于动物的，人的灵性只能与自然统一；人的生命活动是与天地自然息息相通的，生命的根本，来源于天地间的阴阳之气。 因此，中医吸纳的是大自然的一切，而不是单一的动物。再者，人体的健康长寿，是来自天地与自然，而不是用动物实验验证的药物才能达成的。至于唐宋之后，中医也开始有动物药理实验，只能说是当时受到西亚（古希腊和古埃及）医学的影响。现在用实验动物，当然也是受西医的影响。

实验动物的发展

早先，实验用动物从猴、狗、兔、鸟、蛙、鱼到昆虫（如果蝇），包含家养的、野生的，曾经很广泛。到20世纪50年代，科学家们逐步发现，所用动物的种源、遗传素质、生理状况、生活环境、饲养管理及携带微生物情况等，都会影响实验结果，因此展开了实验动物科学化、标准化运动。

现今，“实验动物”（laboratory animals）乃是特指“经人工饲育，对其携带的微生物实行控制，遗传背景明确或者来源清楚的”科技实验专用动物。如果实际用的是普通家养或野外捕捉的动物，那只能称之为“实验用动物”（experi-mental animals）。标准“实验动物”的先天遗传性状、后天繁育条件、微生物携带状况、营养需求以及环境因素等方面都受到全面控制，既能保证实验结果的可靠性、精确性、均一性、可重复和可比较性，又可保护接触和使用实验动物人员的健康。合格“实验动物”有“国家标准”（GB14922－GB14925等），须经遗传育种专家评定才能确认，至今真正纯化成高等级并常用的仅有鼠、兔、狗、猫和小型猪等几个种类；其中标准化水平最高，各领域最常用，品种和用量最多的是鼠类，在中国通常占实验动物总用量的95% 以上，有些地区甚至达99% 。

由于动物和人类的相似度较高，我们经常会用动物作为实验对象，以哺乳动物的鼠为例，据2002年《科学》报道，研究发现小鼠和人的基因图谱竟然“基本相同”，都有大约3万条基因，其中约有80%的基因相互对应。鼠的组织器官和人类的大同小异，是替代人类的最佳实验对象，也是目前使用最广泛的实验对象，每年全球使用的实验动物有数千万至上亿，其中85%－90%是啮齿类动物。另外，实验鼠具有生命周期短、繁殖能力强、可以近亲繁殖等特点，意味着实验成本相对较低，实验数据可重复性高等。

实验动物的基本原则

国际上认可的实验动物福利的“3R”基本原则。“3R”基本原则，“3R”是“替代”、“减少”、“优化”3个英文单词的首字母，由动物学家Russell和微生物学家Burch提出，首次出现在1959年英国出版的《人道主义试验技术原理》一书中，随后在全世界范围内得到广大科技工作者的认可，被广泛采用。“替代（Replace）”：尽可能使用非动物的体外方法，或者用无知觉实验材料替代活体动物，或者用低等动物代替高等动物。“减少（Reduce）”：在无替代情况下尽可能减少活体动物使用的数量，提高实验动物的利用率，减少不必要的重复实验。“优化（Refine）”：尽可能给动物创造一个好的实验环境或减少给动物造成的疼痛和不安。

关于实验动物福利的争取，始终没有结束。动保人士和反活体解剖人士仍在与医学界和政府斗争，并最终推动了立法保障。在1966年，美国通过了《实验动物福利法》（Laboratory Animal Welfare Act），随后各国也相继建立了相关的法律。

针对实验动物，归纳起来有五项基本福利：1.生理福利：吃得好。为动物提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物，使之不受饥渴之苦。2.环境福利：睡得香。为动物提供适当的房舍或栖息场所，能够舒适的休息和睡眠，使动物不受困顿之苦。3.卫生福利：无病痛。为动物做好免疫，预防疾病和给患病动物及时诊治，使动物不受天疼痛、伤病之苦。4.心理福利：无拘束。保证动物拥有良好的条件和处置，使动物不受恐惧和精神上的痛苦。5.行为福利：无忧愁。为动物提供足够的空间、适当的设施以及与动物伙伴在一起，使动物能够自由表达天性。但是，我们在科学研究和维护实验动物福利中要防止2种极端：一是过度抵制实验动物福利，会造成偏离科学性的几率增加，道德素质降低；反之则是过度强调实验动物福利，造成科学研究的人力和物力的增加，工作有效性降低。

国际实验动物评估和认可管理委员会（Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care International，缩写：AAALAC International）是一个私营的、非政府组织，它通过自愿评估和认证计划促进在科学领域人道对待动物。全球已有九百多家制药和生物技术公司、大学、医院和其它研究机构获得了 AAALAC International 认证，其中，中国除台湾地区外共有57家机构或组织获得AAALAC认证，展示了他们对有负责地护理和使用动物的承诺，为实验动物福利树立了高标准的楷模。

我做过的实验动物研究

1，孩童时期，是非专业的探索：对小动物的好奇与观察，先后喂养过小蝌蚪、萤火虫、蝴蝶、蜻蜓、铁牛、知了（蝉）、蚕宝宝等等，后来，家里也有喂养鸡、鸭、猪、狗、猫、兔，以及金鱼、黄鳝、泥鳅等等。苍蝇、蚊子、蟑螂、老鼠算吗？

2，大学时期，真正进入实验动物阶段：鸽、鱼、蛙、果蝇、毒蛇。

3，参加工作之后，属于研究级别的实验动物阶段：小白鼠、大白鼠、青鳉、斑马鱼、鲫鱼、金鱼等等。

实验动物未来的探索

1，芯片器官

在某些类型的研究中，由于动物与人类的差异太大，以至于无法成功预测某些产品或药物对我们人体身体的影响。近年来，科学家们开始在植入到塑料芯片的支架上培养人类细胞，形成模拟心脏、肝脏、肾脏和肺部功能的微小结构。这些结构被称为“芯片上的器官”，可以作为一种测试新化合物或新药物对人类细胞影响的全新方法。

对这些简化的、微型化的人类生理学模型进行测试，可以比动物实验更能得出与人类相关的结果。至关重要的是，在早期研究的探索阶段，当科学家不需要对整个系统进行测试时，这种测试也可以避免使用整只动物。“芯片上的器官”在很大程度上解决了单一输出或终端的问题，因为所有可能需要在这个早期阶段进行的工作，就是测试某种细胞类型应对药物或疾病的反应，从而指导今后的研究。

2，算法

研究人员已经开发出一种高速算法，可以从在线化学数据库中提取大量信息，通过识别它们之间的结构相似性，将数千种经过测试的化合物与未经测试的新化合物进行比较。然后，该算法利用我们所知道的被测试化合物的毒性，对具有相似结构的未测试化合物的毒性做出可靠的预测（假设相同的结构意味着化合物具有类似的效应）。

通常，确定一种新化合物的效果需要进行数十次昂贵而耗时的动物实验，而通过这样的算法预测，我们可以减少所需的动物研究数量。“如果我们能证明希望投放市场的化合物是安全的，那就可以认为，这类研究能够替代目前的动物研究。一项类似研究表明，在多种化合物的毒性预测方面，算法甚至可能优于动物实验。

人工智能模型可以通过计算机视觉和准确的数据集拯救数百万只动物的生命。这是动物模型的真正替代技术之一，具有为药物发现产生可靠和安全结果的巨大潜力。量子计算技术的出现正在创造一种具有突破性和实验性方式。因此，不需要使用不同的动物进行不太可靠的动物测试。

3，中医

西医发展的基础是实验动物，但西医并不能解决所有问题（尤其是健康问题），西医可以解决的主要问题是资本与盈利。中医“不治已病治未病，不治已乱治未乱”，把疾病控制在尚未爆发阶段，才是生命与健康的最高境界。由此可见，不以药物研发为目的的基础医学，而是以避免人体生病为目的的基础医学，才是未来医学的出路。