小動物搭上載人飛船去太空了！爲啥模式生物能成爲“探索代表”？-辟謠-漫步新聞-陪你看看

今年 4 月，搭載六條斑馬魚的神舟二十號進入太空，抵達中國空間站，相關科學實驗正式啓動。

空間失重給宇航員的心血管系統、骨骼系統帶來多種潛在風險，失重性骨丟失（指骨組織在微重力條件下發生的骨量減少和骨密度降低等）及心肌重塑（指心臟在結構或功能上對環境變化作出的適應性或病理性重構）是制約人類開展深空探索的重要醫學問題之一。這六條斑馬魚將幫助科學家研究失重環境下的骨丟失和心肌重塑機制。作爲與人類基因組相似度高達 70%~80% 的模式生物，斑馬魚在此次的重要研究中扮演了關鍵角色。

此次參與實驗的斑馬魚在小型受控實驗單元內活動圖片來源：華南理工大學

那麼，除了斑馬魚，還有哪些生物也成爲了科學探索的“代表”？爲什麼它們能被選中？又帶來了哪些重要發現呢？

什麼是模式生物？

在生命科學研究中，科學家們往往無法直接在人體或複雜生態系統中開展實驗。爲了揭示生物基本規律，探索生命現象的本質，就需要選擇一些代表性強、實驗操作簡便的生物體。這些被廣泛應用於科學研究，能夠爲理解其他生物（尤其是人類）提供普遍性參考的生物體，就被稱爲模式生物。

常用的模式生物圖片來源：作者使用AI生成

模式生物具有一系列理想特性：體積小、繁殖快、生命週期短、基因組清晰、易於開展遺傳相關的操作，且生物學特性與研究對象具有一定程度的相似性。通過研究這些生物，科學家們可以在相對可控、可重複的條件下，深入分析基因功能、發育機制、疾病成因等生命科學關鍵問題。

常用的模式生物有哪些？

隨着生命科學研究的不斷深入，不同領域的科學家根據各自研究目標，逐步建立起了一套多樣化的模式生物體系。這些生物在遺傳學、發育生物學、神經科學等領域發揮了不可替代的作用。以下是當前最常用的一些模式生物：

果蠅（Drosophila melanogaster）：體型小、繁殖快、遺傳背景清晰，是研究遺傳規律和發育過程的經典模型。科學家摩爾根正是利用果蠅，首次證實了基因位於染色體上。

小鼠（Mus musculus）：與人類基因組高度相似，且易於進行基因敲除和轉基因操作。廣泛應用於腫瘤學、免疫學、神經科學及代謝疾病研究，是哺乳動物中最重要的模式動物之一。

線蟲（Caenorhabditis elegans）：體透明、細胞數目固定，適合追蹤細胞發育和死亡過程。通過對線蟲的研究，科學家揭示出程序性細胞死亡（Apoptosis）的分子機制。

斑馬魚（Danio rerio）：胚胎髮育過程透明可見，且繁殖量大，適用於研究器官發育、心血管疾病及藥物篩選，近年來在空間生物學領域也得到廣泛應用。

酵母（Saccharomyces cerevisiae）：單細胞真核生物，生命週期短，是研究細胞週期、基因表達調控及基礎代謝機制的關鍵模型。相關研究多次獲得諾貝爾獎。

擬南芥（Arabidopsis thaliana）：體型小、生命週期短、基因組小且已完成測序，是植物生物學、基因調控與環境響應研究的首選模式植物。

水稻（Oryza sativa）：全球重要的糧食作物，同時也是植物功能基因組研究的重要模型，爲作物改良與農業生物技術發展提供了豐富的研究資源。

玉米（Zea mays）：具有複雜的遺傳特性和大型基因組，常用於研究遺傳變異、基因互作及作物育種機制。

通過這些模式生物，科學家們可以在實驗室條件下模擬和探索人類及其他物種的生命現象，從而加速理論發現與技術創新。

這些生物爲什麼被選爲模式生物？

在多樣的生物中，被選爲模式生物的僅是極少數。它們之所以脫穎而出，既源於自然特性，也得益於長期科學實踐的篩選與積累。總結來看，模式生物通常具備以下幾個核心優勢：

實驗便利性高

模式生物普遍體型小巧、養殖條件簡單、成本低廉，便於在實驗室大規模飼養與觀察。例如，果蠅和線蟲可以在極短時間內繁殖大量個體，顯著提高實驗效率。

生命週期短

快速的生命週期意味着可以在短時間內觀察到多個世代的遺傳變異與表型變化。這爲研究遺傳學規律、突變效應及發育過程提供了極大的便利。例如，斑馬魚從受精到形態發育完成僅需數天，成爲理想的發育生物學模型。

基因組小且信息完整

模式生物的基因組通常較小，且大多已經被完整測序。比如，擬南芥是最早完成基因組測序的植物之一，小鼠也已被發現與人類基因組具有高度同源性。這使得研究者能夠在相應的模式生物身上精確定位基因功能，開展基因編輯和系統生物學分析。

易於進行與遺傳相關的操作

模式生物通常具備高度成熟的遺傳學工具，例如小鼠的基因敲除技術、斑馬魚的 CRISPR-Cas9 基因編輯系統。通過對特定基因的操控，科學家可以模擬疾病、篩選藥物靶點，甚至探索基因調控網絡的奧祕。

與人類具有生物學相似性

儘管物種不同，但模式生物的許多基本生物學過程和人類都顯著相近。例如，線蟲體內的細胞凋亡機制與人類高度相似，小鼠的免疫系統也能在一定程度上模擬人類的免疫反應。這種生物學相似性使得模式生物成爲理解複雜生命現象、探索疾病機理的重要橋樑。

藉助模式生物開展的

經典研究有什麼？

模式生物之所以在科學史上佔據重要地位，源於它們曾經幫助人類揭示了生命的基本規律。以下是幾種具有代表性的基於模式生物的重要科學發現。

20 世紀初，托馬斯·亨特·摩爾根（Thomas Hunt Morgan）利用果蠅開展遺傳學研究，通過追蹤果蠅眼睛顏色等可見性狀的遺傳規律，首次證明了基因是以線性方式排列在染色體上的。這一發現奠定了現代遺傳學的基礎，他也因此獲得 1933 年諾貝爾生理學或醫學獎。

作爲哺乳動物中的典型模式生物，小鼠因其基因組與人類高度相似，被廣泛用於疾病模型建立。特別是在癌症和免疫疾病研究領域，通過基因敲除小鼠模型，科學家發現瞭如 p53 腫瘤抑制基因等關鍵分子，大幅推動了腫瘤發生機制和治療策略的理解與發展。

線蟲以其細胞數量固定、體透明等特性，成爲發育生物學的重要模型。悉尼·布倫納（Sydney Brenner）、約翰·蘇爾斯頓（John Sulston）和羅伯特·霍維茨（Robert Horvitz）通過研究線蟲，首次揭示了程序性細胞死亡（Apoptosis）的分子機制。這一成果不僅獲得 2002 年諾貝爾生理學或醫學獎，也爲後續腫瘤、神經退行性疾病等領域的研究提供了重要基礎。