生命科學研究中，多項重要發現有賴狗狗相助

在生命科學研究中，許多重要發現也有賴狗狗相助。比如，解剖學家卡雷爾（1912年諾貝爾生理或醫學獎得主）開創性實施的小狗血管縫合及組織培養，奠定了現代器官移植醫學的基礎﹔免疫學家裡奇特（1913年諾貝爾生理或醫學獎得主）用小狗測試海葵素效力時發現過敏現象，拉開了免疫-變態反應研究的序幕﹔生理學家惠普爾（1934年諾貝爾生理或醫學獎得主）發現用動物肝臟飼喂小狗可以促進血紅細胞生成，為惡性貧血患者帶來福音……

巴甫洛夫的狗

如果說科學史上最著名的貓是“薛定諤的貓”，那麼科學史上最著名的狗必然是“巴甫洛夫的狗”。薛定諤用密室中的貓作比喻，形象地闡釋了微觀尺度的量子疊加原理。而俄國科學家巴甫洛夫則依靠狗狗揭示了消化的生理機制，建立了條件反射學說。前者為巴甫洛夫贏得了1904年的諾貝爾生理或醫學獎，后者成為現代行為與認知科學的裡程碑。

人和動物通過攝食獲得能量和營養，那麼食物在體內是如何被分解轉化的呢？之前的科學家對消化系統僅有大略的描述，知道消化道的解剖組成，知道消化腺可以分泌消化液，消化液裡含有鹽酸、碳酸鈉、酵素（即酶），但是對消化系統具體如何工作知之甚少。

用狗狗作為實驗對象，通過精湛的手術，巴甫洛夫開創了唾液瘘、胃瘘等慢性實驗方法，不僅可以方便地觀察狗狗健康狀態下的消化過程，而且可以研究不同消化器官間的聯系，取得了一系列新發現。比如：進食不同食物，消化腺所分泌消化液的黏稠度和成分均不同﹔在狗狗沒有察覺的情況下，不經口腔直接將食物導入胃中，也能引起胃液分泌﹔胰液的分泌由胃酸的刺激引起，甚至其他酸性液體也可直接導致鹼性胰液的分泌﹔胃液的分泌受迷走神經支配。這些結果勾畫出消化生理的草圖，強調了神經對消化的調控作用。需要說明的是，由於巴甫洛夫及其同事手術技能高超嫻熟，狗狗們配合默契，在為科學作貢獻的同時生活得健康快樂。

循著神經調節消化腺分泌的思路，巴甫洛夫進一步研究了食物、鈴聲和唾液分泌之間的關系，也就是著名的小狗條件反射實驗。小狗遇到食物，唾液自然流出，這是非條件反射﹔而當每次喂食都伴有鈴聲，一段時間后，即使隻有鈴聲也能刺激小狗分泌唾液，這就是條件反射。如果說非條件反射是一種本能，那麼條件反射則超越本能，建立了無關刺激與相應反應之間的聯系。這一基本原理為客觀分析人類習得的行為打開了大門，激勵著科學家們去發現更多認知科學背后的奧秘。

狗狗與胰島素

糖尿病是一種非常常見的慢性病。一旦得了糖尿病，患者苦不堪言﹔血糖高，尿糖，多飲多食卻逐漸消瘦，創口難愈合又易被感染，嚴重者中毒昏迷、臟器衰竭，甚至死亡。巧合的是，狗狗作為人類親密的朋友，也有可能自發糖尿病，遭受糖尿病的折磨。治療人類和狗狗的糖尿病、成為一項重要課題。

1889年，梅靈和閔可夫斯基在切除胰腺的小狗上觀察到糖尿病的症狀，率先將胰腺和血糖水平的調控聯系在一起。隨后，生理學家和臨床醫生們開始積極嘗試從小狗胰腺中提取能夠降低血糖水平的物質，卻都無功而返。

但有一些進展仍值得關注，比如：雷尼在解剖學上發現胰島和腺泡在胰腺中是彼此分離的﹔摩西·巴倫發現結扎了胰腺腺管的小狗會發生腺管膽囊結石，進而導致腺泡細胞的退化。

1920年10月30日，加拿大外科醫生班廷讀到了巴倫的論文，一個好主意立刻閃入他的腦海：通過結扎小狗胰管，使胰泡細胞退化，獲得未被胰液中胰蛋白酶降解的胰島，就有可能獲得調節血糖的活性物質。想到就去做，班廷說服多倫多大學糖尿病權威麥克勞德教授，在麥氏實驗室開始了他的試驗。麥克勞德為班廷提供了狗狗和儀器，並指派白斯特做班廷的助手。憑借班廷出色的外科手術和白斯特扎實的化學分析，他們最終得到了可以降低糖尿病小狗血糖的有效成分。1921年12月，麥克勞德邀請生化學家考立普參與提純，最終得到了能用於臨床試驗的胰島素。

胰島素的發現極大地改善了糖尿病患者的生活質量，推動了糖尿病的相關研究。1923年，班廷和麥克勞德因為這項成就榮獲諾貝爾生理或醫學獎。此后，小狗一直是糖尿病研究的理想動物模型。基於小狗模型，阿根廷內分泌學家貝納多·吳賽進一步研究了胰島素的產生機制，發現垂體前葉可以分泌激素調節胰島素的分泌，獲得1947年的諾貝爾生理或醫學獎。

現代生命科學重要的模式動物

進入21世紀，生命科學發展迅猛，許多新成果新技術加深了人們對狗狗的認識。比如，2004年諾獎成果“嗅覺受體和嗅覺系統組織方式的發現”就很好解釋了狗狗嗅覺靈敏的原因——狗狗的嗅覺上皮平均是人的40倍。再比如，基於高通量測序技術的進步，科學家們發現相對於小鼠，狗狗與人類的基因組更為近似，而且狗狗和人類的基因數目基本相同。

目前，越來越多的証據提示，狗狗可以成為一種理想的醫學研究模型。

首先，狗狗自發多種人類疾病，包括癌症、糖尿病、癲癇，甚至強迫症等精神疾病。狗狗罹患這類疾病時的臨床表現、組織學特點、分子圖譜、對治療的應答及耐受，都與人類非常吻合。比如，骨肉瘤發生時，狗狗和人都是先從長骨干端發病，惡化后都會轉移到肺臟。

其次，狗狗和人的生活環境類似，便於研究疾病發生發展中環境因素的作用。在研究諸如社會認知能力的進化以及阿爾茲海默症的發生時，狗狗也扮演著無可替代的角色。

再者，狗狗的某些品種多發某種疾病，這又為研究人類的相應疾病提供了不可多得的家族史分析案例。通過對狗狗家族的大樣本遺傳分析，可以更高效地篩選出關鍵的致病風險基因位點。

此外，由於狗狗的平均壽命僅為人類的七分之一，許多人類老年病在狗狗身上發生得更早，病程更快。如果有了某種疾病的新療法，狗狗的臨床測試周期更短。目前，兒童失明的基因療法在狗狗身上已獲得成功，這不僅將使很多狗狗重獲光明，而且也終將造福人類。

（作者：中國科學院生物物理研究所姜韶東）