作者:晋楠 来源:中国科学报 发布时间:2018/2/27 8:56:47
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让动物享福有错吗
科学家给实验动物提供舒适环境引发争议

 

美国安阿伯市密歇根大学的一只小鼠通过一根管道从一个笼子被转移到另一个笼子中,而不是通过一种更加普遍但是存在压力的操作方法——抓住尾巴把它们吊起来进行转移。

图片来源:AUSTIN THOMASON

如果不是位于生物医学研究大楼里像洞穴一样没有窗户的地下室内,这些“水栖套间”就像舒适的度假地。尽管如此,位于美国密歇根大学的斑马鱼生活得依然逍遥自在。在水族馆的大空间中,这种小拇指般大小的条纹鱼类游过人工绿植、白色的塑料隧道,那里五颜六色的弹珠还会让它们联想到湖底或溪流。这些简单的装饰对这种通常只有简单的水和食物的动物来说可谓奢华至极。它们或许可以让动物更好地发挥作用:服务于人类疾病的重要模型。

数十年来,实验室动物如啮齿类动物和鱼类一直生活在逼仄的环境中:一个小塑料盒,可能的话还会有几个同伴以及少得可怜的其他物什。其中的观点是,变量数量越少,实验的精度就越高。但越来越多的研究却表明,这种操作方法可能会适得其反。在9种在动物体内发挥作用的药物中,可能只有1种才会在人体临床试验中取得成功;实验室常常难以复制其他人的研究结果。这些动物生活的环境是否是问题的一部分呢?

这正是一个新倡议群体的争论焦点。“我们千方百计地控制这些动物,以至于它们几乎没什么用了。”加州斯坦福大学行为科学家Joseph Garner说,他在运行一个提高实验室动物价值和福利的项目。“如果我们希望动物能告诉我们人体会发生的事情,那么我们就要像对待人一样对待它们。”

Garner等呼吁科学家丰富实验室动物的生活,比如给它们提供玩具、同伴以及运动和探索的机会,简言之,就是为其提供更类似于它们在野外的生活。然而,其他研究人员则担心,给动物的笼子中加入其他内容会让实验变得混乱,还会加剧研究可重复性危机。

动物试管

实验室动物并非一直都过着沉闷无趣的生活。在19世纪中期,研究人员开始培育用于科学实验的大鼠,最初的笼子可以让它们躲藏以及在旋转轮上跑步。但到20世纪60年代,为了标准化护理以及限制变量,实验室开始优选小型、廉价、乏味的笼子。只要这些动物没有明显的病痛和伤害,其自然习惯就几乎不会被顾及。究其本质目标,则是创建毛茸茸的动物试管。

今天,实验室小鼠生活在鞋盒大小的笼子中,那里的空间比它们的自然居住环境小千万倍;大鼠则不能搜寻饲料,甚至不能站直。它们成天生活在通风设备和刺眼的荧光灯下,昼夜循环节律被完全打乱。“实际上,我们所做的正好与应该做的相反,我们应该让这些动物快乐。”Garner说。实验动物因此变得肥胖、免疫系统脆弱并发展出癌症,所有这些都发生在科学家通过它们开展实验之前。

改善环境有所裨益的首批证据可追溯到20世纪40年代。1947年,心理学家Donald Hebb发现,他和女儿饲养的在屋内自由生长的大鼠的学习能力比实验室培养的大鼠更强。到了60年代,研究人员发现,实验大鼠在被提供了木屑和旋转迷宫后,其大脑感知区域发育得更大一些。

然而,此后仅有非人灵长类动物的环境得到了改善。例如,1985年对《美国动物福利法案》的修正要求实验室改善其照看的猴子和猩猩的心理健康,给它们提供更大的空间、更多玩具以及同伴。美国国家研究理事会1996年的《实验室动物护理和使用指南》将此又向前推进了一步,敦促动物护理人员增加栖木以及做巢用的毯子,甚至还有音乐和动画视频。但啮齿类动物和鱼类在很大程度上却被忽视了。

过去10年间,越来越多的研究表明,啮齿类动物和其他动物有着复杂的精神生活,且一旦归属于人类之后会经历各种情绪。科学家还了解了更多关于改善环境的作用。2010年,癌症生物学家Lei Cao受一名因癌症去世的家人的启发,想要了解是否可以通过药物或基因以外的力量抗击癌症。她和俄亥俄州立大学的团队设立了一个1平方米的笼子,其中有许多迷宫、旋转轮以及红色、蓝色和橙色的圆顶建筑,她的女儿称其为“小鼠的迪士尼乐园”。

在被注射癌细胞之后,居住在乐园里的小鼠比参照组的小鼠发展的肿瘤小80%,或者根本没有发展肿瘤。Cao甚至还发现一个潜在的机制:刺激性环境似乎可以激活大脑的下丘脑,这是负责调控影响从情绪到癌症增值等激素的区域。“我们发现,改善环境背后存在硬科学。”她说,“你不能仅仅治疗身体,还要治疗思想。”

这样的发现与已知的人类对环境的响应相一致。压力、抑郁以及缺乏社会支持会增加人们患癌的风险,而不活跃的个人在后期生活中也更易发生亨氏病症。

这些日益增多的证据已经让美国国家研究理事会在2011年更新了其指导规范。类似于欧洲的规范,该规范声明如果条件允许,所有自然界的社会物种都应该以社会性的方式安置,并倡议改善所有实验动物的生活环境,而不仅仅是非人灵长类动物。

测试改进

回到前文的水栖套间,兽医Jennifer Lofgren正在观察斑马鱼水箱。水箱中间有一个透明的塑料隔离物,其上有一个可以穿过的孔洞。它的一边是装饰物——如五颜六色的弹球底部,而另一侧则空空如也。其想法是了解斑马鱼在哪里停留的时间更久以及它们更喜欢哪种装饰物。“我们不可能随意把任何物体如财宝箱丢在那里,只因为它看起来好看。”Lofgren说,“我们想在其背后放点科学性的东西。”

这正是密歇根大学“改进与完善进展实验室”(REAL)的目标之一,该实验室由Lofgren在2014年作为共同创始人之一发起。REAL的兽医和动物护理技术人员旨在“了解动物的生活经验”,并培育出相关的内容。例如,弹球可能会通过让水箱更类似于野外环境,从而缓解鱼类的焦虑。

压力会影响广泛的生理和行为,研究人员正在测试这些做法是否能让鱼类成为更好的压力模型,而这群特殊鱼类的用途则是视网膜再生模型。“如果我们提供了平均水平以下的福利,那么我们也就提供了平均水平以下的科学。”Lofgren说。

此外,她和团队还在校园内尝试提高兔子的生活质量。一旦确定了改善环境的作用,Lofgren和同事将会探索它们如何影响研究结果。这些兔子被用于心血管病研究。

其他的实验室也在形成自己的路径。如加拿大温哥华英属哥伦比亚大学生物学家Daniel Weary团队创建了特殊的大鼠生活空间,这些啮齿类动物可以在其内部站立、爬梯子以及在4层高的笼子里挖掘真正的土壤。

尽管动物有了这些福利,但一些人却担心,如果将其运用到研究中,这样的装饰可能会弊大于利。

利还是弊?

一个相关的例子是Lofgren的团队率先倡导一种策略,以此缓解实验室老鼠的重大生活创伤。设想一个巨人每个星期都会光顾一次你的屋子,抓起你的腿把你提起来,然后扔到一个新家。这正是密歇根大学医学院工作人员每次清理其围场时,在一个装满900个实验鼠笼子的房间内发生的事情。“这是给它们带来最大压力的事情之一。”Lofgren说。

为了缓和这种压力,她所在团队在一些笼子里加入了塑料通道。其目的是让这些啮齿类动物习惯这些通道并在其内部度过一段时间。在清理时间到来时,动物护理员可以在老鼠进入通道之后再把整个住所搬到一个新笼子里。Lofgren说如果这能够实现,她所在团队将在整个校园应用这一操作方案。

但天下没有免费的午餐:该校拥有4.9万个鼠笼,这种耐心、温柔的清理办法将让成本大大提高。届时将会有4.9万个管道要被消毒,且清理每个笼子花费的时间将是目前的10倍。

这样的数字让包括俄亥俄州立大学神经学家Jonathan Godbout在内的一些科学家担忧。“如果现在你为每只笼子支付的价钱是1美元,那么在它突然增加到两美元之后,你如何支付这笔钱呢?”他质问,“特别是在我们的预算目前已然跟不上的情况下。”

此外,Godbout和其他人还担心改善装饰不仅不会有助于研究,反而会打折扣。例如,一个实验室在研究压力对新神经元生长的影响,它让小鼠在旋转轮上锻炼——这已被证明会激发神经元生长,那么这项研究可能会处于危险中。Godbout说,如果每个实验室都在用不同的改善环境的方法,它可能会让重复另一实验室的研究变得更加复杂,从而加剧而非解决目前的可再现性危机。

说服怀疑者需要时间,其部分原因是研究资金的短缺。马里兰州贝塞斯达国立卫生研究院实验室动物福利办公室主任Patricia Brown说,该机构并不支持浓缩的研究,因为它与人类的健康和福祉没有直接关联。“如果我们能做到,那么我们会这样做。”她说,“快乐的老鼠是更好的模型。”

与此同时,REAL项目在继续探索如何才能让实验动物更快乐。Lofgren和倡议改善实验动物环境的人希望,无论是为了科学还是为了动物本身,有一天相关工作会成为规范,而非例外。“我们亏欠这些生灵,应该给它们尽可能地提供最好的生活。”Lofgren说,“它们把最好的给了我们。所以,我们应该尽自己最大的努力。”(晋楠编译)

 

《中国科学报》 (2018-02-27 第3版 国际)
 
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