有哪些科学家为科学付出惨痛代价？科研成功的背后除了科学家还有它们
它们血统纯正，每天住“五星级宾馆”，喝无菌水，吃营养食物，还享有多种福利。它们是人类的“功臣”，跟随本报记者探访实验动物。
文/记者 白竟楠 图文编辑/陈永杰
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胡建武 （北京实验动物研究中心科办主任）
太长先看版
实验动物绝对是动物中的“贵族”，他们不仅生活环境要经过一套设备和程序的消毒和灭菌，隔离外部环境，而且血统纯正；
每一组实验动物所处的每个房间都有独立的送风口和排风口，喝的水是经过多级净化过滤的无菌水，吃的是实验动物营养专家精心研究配制的食物。房间的温度常年控制在20—26℃之间，一天之内的温差不能大于4℃；
在做实验使用实验动物的时候，科研人员要遵守“3R”原则——替代(replacement)、减少(reduction)和优化(refinement)，合理设计动物实验方案，使用少量的动物获取尽可能多的数据，在能满足实验的前提下，选择低等动物替代高等动物；
说起实验动物，大家首先想到的是小白鼠，它们是生命科学进步的“功臣”。这是因为我们人类在探索生命的奥秘，攻克癌症的堡垒，研究各种疾病与衰老的机理，检测药品的安全性的研究过程中都不可能以人为实验对象。
由于动物和人类的相似度较高，我们经常会用动物来作为实验对象。作为实验动物，它们为我们人类的生命健康和科学研究做出了巨大的牺牲。
但是，你了解它们日常的生活是什么样子的？它们是命中注定就是实验动物的吗？北京科技报|“科学加”客户端记者走进我国最早建立的实验动物中心之一——北京实验动物研究中心，来探秘小白鼠的日常生活。
▎要成为实验动物，血统必须纯正
北京实验动物研究中心位于北京北五环外，实验动物“小白鼠”居住的地方位于一个很不起眼的实验楼里。
实验楼入口处大门与家庭的门差不多大，唯一不同的是，在门内安装有高高的金属门槛和消毒盘，如果是个个子不高的女生，门槛会达到膝盖处。经过询问工作人员，记者得知，作用是专门为了防止小鼠“外逃”或野鼠进入。
进入实验楼，是一间间安置仪器的实验室，并不见小鼠。有一扇与实验室的门一样的门，上贴着一张A4纸，上面写着“未消毒禁止入内”，在这扇门的背后，还有几道屏蔽门，里面生活着成千上万只实验小鼠，里面设有24小时“屏障系统中央监控室”，时刻有工作人员监控实验动物的生活环境，以保证它们在恒温、恒湿、高度清洁的环境中生活，随时做好为科研献身的准备。
▲实验动物中心工作人员在检查设备
“如果从卫生标准和饲养成本的角度来说，实验动物绝对是动物中的贵族，他们不仅生活环境要经过一套设备和程序的消毒和灭菌，隔离外部环境，而且自身血统要纯正。” 北京实验动物研究中心科办主任胡建武告诉北京科技报|“科学加”客户端记者。
中国实验动物从上个世纪八十年代开始受到国家重视并获得发展，比西方发达国家起步晚了几十年。所以，我国获得实验动物的方式主要有两种：一种是直接从国外引进，一种是国内从野外获取种源自行培养，而这个培养的过程要经历数十年之久的时间。
“比如小鼠、大鼠，国内没有的品种或者在国外培育已经非常成熟的品种就可以直接进口，目前我们国家也在培养自己特有的品种，比如东方田鼠、树鼩、中国地鼠、等等，要经过技术干预，按照不同的遗传方式培养实验动物，这个过程要经历十几代繁育甚至几十代繁育的过程。”胡建武主任说。
根据遗传学控制标准，实验动物被分为近交系、封闭群和杂交群，它们各自遵守严格的“生育制度”。
近交系也就是近亲繁育的动物，这类实验动物必须经过至少连续20代的全同胞兄妹交配培育而成，这样每个个体有98.6%以上的遗传位点是纯合的，并且，品系内所有个体都可追溯到起源于20代或以上代数的同一祖先。近交系实验动物不仅基因纯合率高，而且能固定优良性状，减小遗传差异，特征稳定，对外界因素变化更敏感，有利于科研人员在进行研究时减小误差。
与之相反，封闭群必须远交，这样可以避免“近交衰退”的情况，具有繁殖率高、疾病抵抗力强的特点，但是封闭群动物不适用做对照实验，因为它们之间的个体差异较大。
两个近交品系动物之间进行有计划交配所获得的第一代动物，被称为杂交群动物，它们可以克服近交系的缺点，对长期实验的耐受性好，而且由于环境因素引起变异的可能性也比纯系要小。
▎实验动物居住的环境比“五星级宾馆”还要舒适
实验动物就是养在实验室了，在需要的时候就拿出来用吗？当然不是！
在实验动物中心设有24小时“屏障系统中央监控室”，时刻有工作人员监控实验动物的生活环境，在这个封闭的空间里，不同等级的实验动物根据《实验动物环境及设施》国家标准有不同的洁净度要求。
对环境要求最低的是普通环境，适用于饲养普通级动物，需要控制人员和物品、动物出入，不能完全控制传染因子。对于普通级动物来说，它们甚至不能登上科学家的实验室，只能做生物医学中的教学所用的示教生物。
比普通环境要求更高的环境是屏障环境，适用于养清洁级动物和无特定病原体(SPF级)动物。清洁级动物就可以参与到科学实验中了，它们排除了人兽共患病和烈性传染病病原以及其他禁止携带的传染病病原，近些年在我国得到了较广泛的应用，可适用于大多数科研实验中。
▲小鼠住的笼盒
而SPF动物则又高了一个级别，指体内无特定病原体和寄生虫存在的动物。它们的来源有两种，这就要用到人为的繁殖技术了：一种是比它们洁净程度更高的无菌动物繁育的后代，另一种是通过“剖宫产”净化或胚胎移植技术，取出胎儿后将子代动物饲养在隔离屏障设施环境中，由SPF级母亲代育。
级别最高的是隔离环境，要采用无菌隔离装置以保持无菌状态或无外源污染物，隔离装置内的空气、饲料、水、垫料和设备都要无菌，动物和物料的动态传递需要经过特殊的传递系统。这种环境用来饲育SPF以上的无菌实验动物。
胡建武主任说，实验动物居住的环境比“五星级宾馆”还要舒适。每一组实验动物所处的“房间”都有独立的送风口和排风口，喝的水是经过多级净化过滤的无菌水，吃的是实验动物营养专家精心研究配置的食物。啮齿类实验动物房间的温度常年控制在20—26℃之间，一天之内的温差不能大于4℃。
除了这些，还有更多其他标准，比如光照、换气次数与空气流动速度、噪声等等，因为，实验动物正常饮食、繁育等生活习性会因微小的环境变化而变化，从而导致科学实验数据的不确定性。
有趣的是，在4月《免疫学趋势》期刊上，美国达拉斯得克萨斯大学西南医学中心的两位研究人员陶丽丽和蒂法尼·里斯发表文章表示，有时人的一些疾病，比如哮喘、湿疹、过敏等是因为居住环境太干净，导致免疫系统出现问题。但是，干净的居家环境跟小白鼠的隔离间比起来就是小巫见大巫了，所以，或许实验室的无菌环境可能也意味着老鼠过于“干净”，而不能模拟普通环境下人类对疾病的反应。
比如，野生老鼠常会受到巨细胞病毒的感染，现在不再让实验鼠受到这种感染，这损害了实验鼠对其他大量病原体、细菌及病毒的免疫反应。而那些感染了巨细胞病毒老鼠即便服用本可致命的李斯特菌（一种土壤和食物生出的细菌）和鼠疫杆菌（一种可引起瘟疫的细菌），也能大难不死。或许在未来，一些疾病研究必须要使用“不干净”的实验鼠来完成。
▲BALB/c小鼠，常规实验都可以使用，一只30多元
不同的实验用到的实验鼠不仅级别不同，最重要的是生理条件不同，有的时候为了模拟人类疾病，科学家要让小鼠特地患上某种疾病，或者敲除某个相关基因来获得该疾病，来满足实验需求。
据悉，普通的实验小鼠大约二三十元一只，但是，如果要买一只转基因小鼠，几万至十几万元不等，一些经历过基因敲除的小鼠价格甚至高达几十万元一只。
▎实验动物很多福利享受
实验动物有属于自己的动物福利，并不能想做实验就把它们抓过来就能随便用。实验动物福利其实是在整个生命过程中对实验动物实施保护的具体体现，让他们享受不受饥渴的自由，生活舒适的自由，不受痛苦伤害和疾病威胁，而且要享受到无恐惧和悲伤感的生活。不过，这并不意味着实验动物不受任何伤害，而是在兼顾科学问题探索和在可能的基础上最大限度的满足实验动物维持生命、维持健康和提高舒适程度。
在做实验使用实验动物的时候，科研人员要遵守“3R”原则——替代(replacement)、减少(reduction)和优化(refinement)，合理设计动物实验方案，使用少量的动物获取尽可能多的数据，在能满足实验的前提下，选择低等动物替代高等动物。
替代，就是选用其他方法而不用动物进行实验，或者使用没有知觉的实验材料代替有感知的动物，如果一定要用动物进行实验，就尽量用低等动物替代教高等的动物。其实，有些实验用体外方法也能获得与动物实验一致的结果。
减少就是使用较少量的动物获取同样多的实验数据，或者用一定数量的动物能获得更多实验数据的科学方法，要达到这一目的，在实验前必须充分调研，并在调研基础上进行科学合理的设计才行。
优化是指在符合科学原则和实验目标的基础上，通过精炼动物实验设计方案、完善实验程序、改进实验技术，以减少动物使用数量和避免或减轻动物的伤害的实验方法。
科研人员在实验的过程中，可以通过观察动物的面部表情评估它的疼痛感，美国Nature Methods 曾经发布一篇关于小白鼠的文章，文中提到研究人员制作了一张小白鼠表情一览表(mouse grimace scale)，列出了小白鼠受到不同程度疼痛时面部的一些变化，以方便科研人员更好地掌握小鼠的生理感觉。而且，为了减少实验动物因死亡是疼痛而造成的折磨，对于部分实验动物，科研人员可以采用安乐死术。
实验动物的确为人类的科学进步做出了卓越贡献，不过，研究人员也非常重视实验动物的生命，在一项实验进行之前，必须要通过伦理委员会的审查，如果动物实验通过审查才能进行。所以，实验动物是不会无辜被实验的。
好消息是，作为干细胞技术的重大成果，各种类器官和器官芯片开始崭露头角。现在，它们不再甘于“宅”在实验室，并首次获得美国食品和药物管理局（FDA）的官方青睐，即将成为那些为药物研发前赴后继献出生命的实验动物们的救星。
类器官是用干细胞培育而成的微型器官，目前已有胃肠道、脑、肝脏、胰脏、视网膜、肾脏等各种类器官问世。器官芯片比类器官更小，是含有人体活细胞的生物芯片。FDA宣布，将在实验中对器官芯片和动物模型获得的实验数据进行比较，以验证用器官芯片模型取代动物模型进行新药研发的可行性。
▲北京实验动物中心大兴区实验动物中心即将建成
TIPS：实验动物种类：
大鼠
鼠性哺乳纲，啮齿目，鼠科，大鼠属动物；
性情较凶猛、抗病力强；门齿较长，激怒、袭击抓捕时易咬手；
对外环境适应性强，成年鼠很少患病，繁殖快；
大鼠2月龄时性成熟，性周期4天左右，妊娠期20（19～22）天，哺乳期21天，每胎产仔平均8只。
小鼠
小鼠属于哺乳纲，啮齿目，广泛分布于世界各地，经长期人工饲养选择培育，已育成1000多近交系和独立远交群；
早在17世纪就有人用小鼠做实验，现已成为使用量最大、研究最详尽的哺乳类实验动物；
在哺乳类实验动物中，由于小鼠体小，饲养管理方便，易于控制，生产繁殖快，研究最深，有明确的质量控制标准，已拥有大量的近交系、突变系和封闭群，因此在各种实验研究中，用量最大，用途最多。
地鼠
地鼠在世界上共有4属66个变种或亚属，培育的近交品系有38个；
目前，地鼠在医学研究中常用的有金黄地鼠、中国地鼠和欧洲黑腹地鼠；
地鼠在肿瘤研究领域是当前生物医学研究中使用较多的实验动物。
豚鼠
近交品系豚鼠目前世界上有12个，由于豚鼠妊娠期较长为68（62～72）天，一胎生得少，一般2～3只；
培育一个近交品系需要20～30年，故近交品系较少，用于医学科研的近交品系纯系2号和纯系13号。
免疫缺陷鼠
免疫缺陷鼠包括缺乏Ｂ淋巴细胞、Ｔ和Ｂ两种淋巴细胞联合免疫缺陷的鼠；
裸鼠是免疫缺陷鼠的一种，由于本身缺乏胸腺，即不能产生Ｔ淋巴细胞
疾病模型鼠
疾病模型鼠主要用于实验生理学、实验病理学和实验治疗学（包括新药筛选）研究；
疾病模型鼠的使用，有助于更准确地观察模型的实验结果并与人类疾病进行比较研究，更有效地认识人类疾病的发生发展规律。
兔
针对不同的实验项目，对于实验兔的品种有不同的选择标准；
国际上实验兔品种多达数十种，我国目前常用的品种主要有4个（封闭群）。
比格犬
比格犬是最常用的实验用犬，已成为目前实验研究型别中最标准的动物，此种犬多用于长期的慢性实验；
现已被广泛用于生物化学、微生物学、病理学、病毒学、药理学及肿瘤学等基础医学的研究工作中，而农药的各种安全性试验；
特别是制药工业中的各种实验，使用该犬最多。
小型猪
小型猪是生物医学研究中应用最为广泛的非啮齿类大型实验动物之一；
猪在心血管系统的解剖、生理和对致动脉粥样硬化食物的反应方面与人类高度一致, 使其成为动脉粥样硬化、心肌梗死和一般心血管系统研究的通用标准模型。
树鼩
树鼩介于食虫目和灵长之间的代表，可作为食虫目演化为灵长目的代表加以研究；
同时，树鼩在生态学、形态学、神经生理学、寄生虫学、齿学及生理代谢关系等方面也进行过各种研究。
猴
猕猴在形态学、生殖生理特性和生化代谢方面与人类非常相似，个体大小适中，适应性强并易于饲养，而且在遗传物质上也与人类有98%左右的同源性
果蝇
在遗传学中，著名的孟德尔定律被“遗传学之父”托马斯·摩尔根（Thomas Morgan）通过果蝇证实的，即分离规律和独立分配规律。分离规律指的是成对的基因在杂种细胞中能够彼此互不干扰，独立分离，通过基因重组在子代继续表现各自的作用。独立分配规律则揭示了不同基因的独立分配是自然界生物发生变异的重要来源之一。摩尔根还发现了果蝇白眼突变的性连锁遗传，提出了基因在染色体上直线排列以及连锁交换定律，在1933年获得诺贝尔生理学或医学奖。
斑马鱼
斑马鱼体长4厘米左右，生长在印度阿萨姆到喀拉拉一带河流中，“麻雀虽小五脏俱全”，虽然斑马鱼全身透明，但是它跟人一样拥有血、眼镜、心脏、肾脏，这让斑马鱼成为人类疾病研究的非常重要的模式生物。斑马鱼的基因组中包含1.7×109DNA碱基对，约是人类基因组的一半。对比人类基因组发现，大约70%的人类基因都至少有一个明显的斑马鱼同源基因，即70%的人类基因都可以在斑马鱼基因组中找到一个基因和自己同源。
（本文由北京科技报全媒体中心采编制作，供图：北京实验动物研究中心，部分资料来自北京实验动物研究中心网站，转载请联系授权：bjkjbeditor@163.com，违者必究）
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