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很多人总有这样的印象：科学家为什么总是喜欢用小白鼠做实验？

简而言之：

小鼠是灵长总目中繁殖力强，生长速度最快的动物。

由于与人类亲缘关系不近不远（80%的基因同源，高度相似的生理结构和机制），既能通过它们广泛且高效率地研究人体内机制、疾病信息、药物反馈，又没有过大的伦理压力。

小鼠属于模式生物^[1]（用于揭示某种普遍生命规律的生物）。

不过在小鼠中使用最多的是“小黑鼠”（C57BL/6），而不是“小白鼠”（BALB/c）。

人们产生“科学家总喜欢用小白鼠做实验”的印象，主要源于基础教育、媒体宣传，从而让“小白鼠”成了动物实验的代名词。每当提到动物实验，人们总是会想起小白鼠。

模式生物基本上都有大量的实验研究。

主要的模式生物有：

微生物：

• 噬菌体^[2]（DNA研究、中心法则、分子生物学、进化模型）

• 盘基网柄菌（真核生物细胞发育、运动、信号传导模型）

• 大肠杆菌^[3]（细菌遗传学、新陈代谢、基因突变研究、分子克隆受体）

• 酿酒酵母（细胞分裂、细胞器研究）

• 莱茵衣藻（细胞生物学、分子生物学）

• 嗜热四膜虫（真核生物基因功能）

  
  

植物：

• 小立碗藓（植物进化、发育学、生理学）

• 拟南芥^[4]（植物遗传学、植物分子生物学）

• 豌豆（遗传学）

无脊椎动物：

• 秀丽隐杆线虫（分子生物学、发育生物学）

• 黑腹果蝇（遗传学、发育生物学、分子生物学、人脑退化性疾病模型平-神经退行性疾病致病基因插入果蝇中进行表达^[5]）

秀丽隐杆线虫的透明胚胎，图/wiki

脊椎动物：

• 斑马鱼^[6]（透明胚胎、胚胎发育、转基因研究）

• 鳉鱼-底鳉^[7]（耐寒耐高温耐低氧耐环境污染、胚胎学、生理学、毒物学、激素对行为的影响）、弗氏假鳃鳉（脊椎动物最快性成熟-14天，衰老、疾病、进化研究）
  

图/nikonsmallworld（Daniel Knop）

• 斑胸草雀（鸟类模式生物）

• 小鼠^[8][9]（人类遗传学模型、表型模型、生理模型、疾病模型）

• 爪蟾^[10]（全年产卵，胚胎发育模型）

• 狗（生理学）

• 猴（猕猴、食蟹猴等，人类疾病模型、大脑模型，无法用小鼠研究的人类传染病等等^[11]。近年来试验猴价格暴涨，正是因为人类面临大型传染疾病-新冠）

  
  

在人类大脑研究表面，猴类比起小鼠具有明显的优势，相比起黑猩猩，伦理接受度又更高，图/wiki

可以说，整个现代生物学体系，就是通过研究模式生物发展起来的。模式生物往往在同门/同纲/同目，具有繁殖快、易于研究、易于观察等特点。它们作为同类动物的代表，只需要把它们研究清楚，便可以了解整个目、纲、门……甚至所有生命的共同规律。

现代动物实验起源于17、18世纪，早期的实验动物五花八门，主要是什么熟悉就拿什么研究，具有一定的随机性。

从19世纪下半叶到20世纪的上半叶，在这大约100年的时间，人类通过易于研究的模式生物，发展出了整个现代生物学、生理学、遗传学、细胞生物学、分子生物学等等。

实验小鼠正是在这样的大背景下产生的，而且其诞生还有一定的偶然性。

19世纪中叶孟德尔通过豌豆杂交发现了遗传学规律却被埋没，1900年植物遗传学被重新发现，进入20世纪后，动物遗传学研究也如火如荼地展开。在哺乳动物方面，虽然当时什么动物都研究，但主要还是豚鼠，其次才是老鼠、兔子等等。

当时一位叫做Abbie E. C. Lathrop^[12]的小学女性教师，十分酷爱是饲养小动物，尤其是老鼠。

1900年，在家禽生意失败后，她开始饲养包括雪貂、兔子、豚鼠、老鼠等大量动物，并卖给相关机构进行试验。例如，她把豚鼠卖给美国军方进行毒气试验。

Lathrop与她的老鼠，图/参考资料^[12]

她的农场最多繁殖了多达11000只的老鼠，以擅长繁殖奇特的老鼠而著称。

Lathrop的这些老鼠引起了遗传学家William E. Castle的注意。

遗传学家Castle，图/wiki

Castle是最早开始研究动物遗传的科学家，甚至研究果蝇比摩尔根还要早。1902年，Castle从Lathrop的农场购买了一批小鼠，打算进行动物遗传规律的研究。经过 Lathrop的培育，这些小鼠已经有了一定稳定遗传的基础。

1907年，Castle带着学生Clarence C. Little进行小鼠毛色的遗传研究。经过20代，培育出了第一个纯系（近交品系）小鼠。

遗传学家Little，图/wiki

而1908年， Lathrop因老鼠出现皮肤问题找到了实验病理学家Leo Loeb，开启了相关病理学研究，二人合作发表了10篇相关论文。

实验病理学家Leo Loeb，图/wiki

小鼠动物实验正式拉开了序幕。

随后其他研究者也进行了纯系小鼠的培育（这里也体现出了实验惯性，有人开了一个头，就会有人继续去做，最终把实验小鼠做出了一个完整的体系，掌握了详细的生理、基因数据，自然无需再花费更多人力物力去开发全新的物种），我们熟知的白色的纯系小鼠鼻祖（BALB/c），诞生于1913年，一开始主要用于行为学实验。

进入20年代， Little在冷泉港实验室创造出了两种新的纯系小鼠，其中黑色系小鼠（C57BL）运用最广。

Little在1929年创办杰克森实验室，该实验室早期主要培育和贩卖老鼠，但因为老鼠相关研究，这个实验室在后来不仅诞生了多位诺贝尔生理学或医学奖获奖者，也成为美国著名研究所之一。

纯系小鼠能成为模式动物，主要在于以下特征：繁殖快，成熟早，体型小，易于管理，性情温顺，对外来刺激敏感，遗传单一，生理特性敏感（方便人类各种折腾），数据积累多，实验数据稳定可靠。

进入20世纪下半叶，虽然无需再用模式生物去发现基础知识，但两大原因依旧让模式生物成为主要的实验动物。

1. 生命科学相关的教育教学：让学生亲手进行动物实验，实践永远是最好的老师。

2. 医学的发展：20世纪中叶以后，进入了人类医学发展的黄金时代。模式生物成了很好的研究对象。所有生物都有一定程度的亲缘关系和遗传相似性，按照系统分类来研究模式动物，可以掌握更多人体内机制和疾病的信息，同时也是现代医药研究的必经途径。

例如，我开发出了某种分子生物学药物，这个药物作用的受体，在细菌中就存在。那么我首先就可以拿大肠杆菌做实验，随后再到无脊椎动物、脊椎动物。这一系列的过程不仅可以验证药效，也能验证药物的毒理作用。如果对应的受体只有哺乳动物中才存在，可能我首先选用的会是小鼠。

2000年的一项研究发现，在71%的病例中，动物模型与人类毒性一致^[13]，其中血液、胃肠、心血管方面的一致性最高。

除了药物试验外，其它的诸如基因改造、调除，传染病、疫苗的研发，都适合用模式动物进行实验。

在繁殖周期快的动物中，实验小鼠是与人类具有最近亲缘关系的模式动物（完全同源的基因表达达到80%，完全不同源的不到1%^[14]），从而能在药物研究、肿瘤研究、生理研究、遗传研究、胚胎研究、免疫研究、转基因研究、表观遗传研究等等方面，都具有十分优秀的表现。

实验动物的规模，和医学发展也具有一定的正相关。

多年来，全世界每年的脊椎实验动物多达1亿多只^[15][16]。20世纪末到21世纪初是美国医学的黄金时代，也具有全球最大规模的实验动物。仅仅2001年美国便使用了8000万只小鼠^[17]，日本和欧盟的实验动物数量，则仅次于美国之后。

近年来中国实验动物数量逐渐上升，达到了2000多万只。随着美国实验动物数量缩减到1000多万只，加之欧美也在缩减，中国反而成了世界第一，日本则成了世界第二^[18]。

图/参考资料^[18]

但其实，从实验动物的历史规模来看，中国在生物医药方面的实验量，距离美国还是有很大的差距。但随着欧美因动保正确而缩减动物实验，对于中国来说是拉低差距的很好机会。

不过在某些领域美国并没有缩减的趋势，例如实验猴。

虽然中国是实验猴的主要产地之一，但实验规模最大的依旧是美国：

图/参考资料^[18]

世界范围内，用于实验的犬类，每年和猴子相当，十余万只（欧盟的一份报告中，狗与猴的实验的伦理争议也是相提并论的，而猫的使用大约是犬类的1/3）：

图/参考资料^[18]

一份关于欧盟实验动物的统计，可以看出它们脊椎动物的实验比例^[19]：

图/参考资料^[19]

• 小鼠 ：60.96%

• 大鼠 ：13.96%

• 冷血动物：12.47%

• 鸟类：5.88%

• 兔子：3.12%

• 有蹄类：1.28%

• 豚鼠：1.49%

• 其它啮齿类动物：0.47%

• 食肉目：0.25%（犬类为主）

  
  

可以看出超过70%的实验动物都是啮齿类。如果加上兔形目，其它灵长类实验动物（全球范围内），所有的脊椎动物中，整个灵长总目就占了80%。实验动物越来越集中在灵长总目身上，人类实验研究的重心从基础生命科学转移到前沿医疗上来。

灵长总目的所有动物，也的确只有小鼠具有最大的繁殖和生长优势。虽然小鼠成为模式动物具有偶然性，但其实从物种特性的角度来看，也是同时具有必然性的。

参考资料：

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