大鼠與人類的奇妙“連接”

文/ 萬穎寒 沈 淼 謝淑武

大鼠，是使用數量僅次于小鼠的實驗動物。當它們在迷宮中尋找巧克力獎品時，海馬體正上演著與我們備戰考試時相似的神經活動；當它們因撓癢而發出50千赫的“笑聲”時，腦區神經元的活躍頻率竟與人類被逗樂時相同。在學術雜志上，我們經常看到關于大鼠的科學研究報道，如讓中風患者重獲抓握能力，助糖尿病藥物突破代謝瓶頸，甚至為抑郁癥治療揭開神經環路的面紗等。

實驗室里的大鼠跟人類有哪些相似之處？在攻克人類疾病的研究中，大鼠又有哪些優勢？

實驗室里的大鼠從哪里來

如果你在實驗室里見過小鼠，很可能也見過它們的“大號兄弟”——大鼠。大鼠看上去就像是小鼠的“放大版”，但其實在生物分類學上，小鼠屬于鼷鼠屬小家鼠種，而大鼠屬于家鼠屬褐家鼠種，它們是兩個不同的物種。

大鼠的祖先原本生活在亞洲的中部草原，在17世紀的一次機緣巧合下，這些機智的嚙齒動物悄悄地進入了從亞洲返航的荷蘭商船的貨艙，搭上了進入歐洲的“順風船”，完成了一段跨越歐亞大陸的奇妙旅程。1728年，倫敦的科學家發現這群大鼠中出現了非常顯眼且罕見的白化個體（整體呈白色或淺色的個體），大鼠至此成了科學界的重點關注對象。

真正讓大鼠成為實驗室“明星”的是美國威斯塔研究所。20世紀初，埃倫·迪安·金領銜的科學家團隊像培育純種賽馬一樣，經過幾十年精心選育，創造出遺傳特征完全一致的實驗大鼠家族——威斯塔大鼠。如今全球實驗室里的大鼠，近七成都是這個家族的后代。威斯塔大鼠作為第一種標準化的馴化實驗大鼠，相繼被用于遺傳學和癌癥研究。這群看似兇猛實則溫順的“大家伙”用自己獨特的生物學特性，幫助人類破解生命的奧秘。

大鼠與人類的進化相似性

大約8 000萬年前，大鼠及其他許多哺乳動物擁有同一個祖先。盡管各種生物在地球漫長的地質歷史中逐漸產生演化、分類，但保守基因在進化過程中一直得以保留，發揮著重要的生物學功能。實驗大鼠與人類基因有超過90%的相似性，幾乎所有已知的人類致病基因都能在大鼠基因組中找到“副本”，并且在哺乳動物進化過程中顯得高度保守。這種基因層面上的高度相似性和保守性，如同打開人類生命之門的備用鑰匙，使大鼠具備了構建人類疾病理想模型的優勢。科學家通過研究不同的疾病大鼠模型，可以找出異常生理現象發生的機制, 進而揭示生命科學的本質。

解剖結構與生理功能的相似性

雖然大鼠和人類在體格上存在巨大差異，將兩者直接放在一起比較似乎有些風馬牛不相及，但在心血管、神經、代謝免疫等疾病的研究中，大鼠是理解人類疾病機制、測試治療方法、藥物評估與研發等的重要載體。在解剖結構方面，大鼠和人類都具有四肢和呼吸、消化、生殖器官等基本的身體結構，特別是大鼠的神經系統，其中樞神經組成、主要腦區及神經傳導通路都與人類相似，視神經和聽神經甚至比人類的要發達得多。因而，在糖尿病、高血壓、心律失常等疾病的發病機制研究和藥物篩選中，疾病大鼠模型被廣泛應用，成為替代人類進行實驗的重要工具。

神經行為活動的相似性

通過觀察和研究大鼠的行為活動，科學家發現，它們也具有復雜的情感和認知能力，以及出色的學習能力。

在情感和認知方面，通過肢體語言、面部表情、聲音、嗅覺線索等，大鼠之間不僅能夠相互表達心意，還能夠準確識別同類的情緒狀態。大鼠的社會行為復雜且有趣，在互動中，它們甚至展現出了共情和同理心。如果看到“小伙伴”遇到麻煩，比如被籠子困住了，它們會主動去幫忙救出同類，這與人類在看到朋友有需要時伸出援手的行為如出一轍。更令人驚訝的是，大鼠會“笑”！通過撓癢實驗發現，大鼠在享受被搔癢的快樂時，會發出超聲波“笑聲”，這一發現打破了人們對動物情感認知的固有觀念。

在學習技能方面，大鼠的表現著實令人驚嘆。它們經過訓練，不僅能夠學會使用交通工具抵達目的地，還掌握了運用適當的工具拿到食物等技能。這些行為的發現，一次次地刷新了科學家對大鼠這個生物的認識，更為探索神經系統疾病、情緒疾病等的病因和治療手段提供了有力的實驗依據。

科學真正的偉大，始于對自然界每一個“渺小”生命的敬畏。當拿到藥品說明書的時候，或許可以想一想：這背后說不定站著無數代默默奉獻的“大鼠勇士”呢！

作者介紹

萬穎寒，供職于上海實驗動物研究中心。上海實驗動物科普志愿者服務隊隊長，上海生命健康張江科技志愿服務聯盟秘書長，華東師范大學附屬盧灣輔讀實驗學校科技副校長，主持或參與國家及省部級課題多項。

沈淼，上海實驗動物研究中心實驗師。

謝淑武，上海實驗動物研究中心研究員，研究方向為新藥藥理毒理學。

這些科學背后的“無名英雄”，還有哪些不為人知的故事？點擊下方鏈接，揭開它們的科研幕后：

點擊圖片訂閱

2025年《科學畫報》