生物学的各种模式动物

一、果蝇生物学分类果蝇（Drosophila，fruitfly,Drosophilamelanogaster)节肢动物门、昆虫纲、双翅目、果蝇属、果蝇种。约1,000种。广泛用作遗传和演化的室内外研究材料，尤其是黄果蝇(D.melanogaster)易于培育。其生活史短，在室温下不到两周。关于果蝇的遗传资料收集得比任何动物都多。用果蝇的染色体，尤其是成熟幼虫唾腺中最大的染色体，研究遗传特性和基因作用的基础。优点与用途作为实验动物，果蝇有很多优点。1、是饲养容易，用一只牛奶瓶，放一些捣烂的香蕉，就可以饲养数百甚至上千只果蝇。2、繁殖快，在25℃左右温度下十天左右就繁殖一代，一只雌果蝇一代能繁殖数百只。孟德尔以豌豆为实验材料，一年才种植一代。摩尔根最初以小鼠和鸽子为实验动物研究遗传学，效果也不理想。后来经人介绍，摩尔根于1908年开始饲养果蝇。果蝇只有四对染色体，数量少而且形状有明显差别；3、果蝇性状变异很多，比如眼睛的颜色、翅膀的形状等性状都有多种变异，这些特点对遗传学研究也有很大好处。对于这些有利的特点，摩尔根也不是一下子都认识清楚了的，而是后来在研究工作中逐渐体会到的。由于摩尔根的实验室中饲养了很多果蝇，研究人员整天在侍候果蝇、观察研究果蝇，所以人称他领导的实验窒为“蝇室”。在摩尔根的领导之下，这个“蝇室”成了全世界的遗传学研究中心。研究价值在20世纪生命科学发展的历史长河中，果蝇扮演了十分重要的角色，是十分活跃的模型生物。遗传学的研究、发育的基因调控的研究、各类神经疾病的研究、帕金森氏病、老年痴呆症、药物成瘾和酒精中毒、衰老与长寿、学习记忆与某些认知行为的研究等都有果蝇的“身影”。科学家不仅用果蝇证实了孟德尔定律，而且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。摩尔根1933年因此被授予诺贝尔奖。1946年，摩尔根的学生，被誉为“果蝇的突变大师”的米勒，证明X射线能使果蝇的突变率提高150倍，因而成为诺贝尔奖获得者。在近代发育生物学研究领域中，果蝇的发生遗传学独领风骚。1995年，诺贝尔奖再次授予三位在果蝇研究中辛勤耕耘的科学家。果蝇为进一步阐明基因－神经（脑）－行为之间关系的研究提供了理想的动物模型。专家认为，近一个世纪以来，果蝇遗传学在各个层次的研究中积累了十分丰富的资料。人们对它的遗传背景有着比其他生物更全面更深入的了解。作为经典的模式生物，果蝇在21世纪的遗传学研究中将发挥更加巨大而不可替代的作用。二、线虫生物学分类袋形动物门(Aschelminthes)线虫纲(Nematoda)所有蠕虫的通称，系动物界中数量最丰者之一，寄生于动、植物，或自由生活于土壤、淡水和海水环境中，甚至在醋和啤酒这样稀罕的地方亦可见到。通常呈乳白、淡黄或棕红色。大小差别很大，小的不足1毫米，大的长达8米。优点与用途线虫是一种富有特性的生物，包含了完整的分化组织及一个有脑的神经系统，这些特色可协助研究人员进行线虫是否具有学习行为的研究。1、线虫生活在土壤间水层，成虫体全长只有0.1公分，因以细菌为食物，所以在实验室中极易培养。2、又因为全身透明，研究时不需染色，即可在显微镜下看到线虫体内的器官如肠道、生殖腺等；若使用高倍相位差显微镜，还可达到单一细胞的分辨率。因此，线虫是研究细胞分裂、分化、死亡等的好材料。又因为线虫仅有一千多个体细胞，所以它的所有细胞都可以澈底地观察研究，这与人体数十兆的体细胞比起来，真是简单多了！对线虫的研究瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，将2006年诺贝尔生理学或医学奖授予两名美国科学家安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛，以表彰他们在分子生物学和遗传信息方面的开创性工作。AndrewZ.Fire和CraigC.Mello发现了RNA干扰机制，论文发表在1998年。这一发现对于防御病毒及寻找疾病的治疗方法极为重要。科学家们最早在植物（Napoli等，1990)和脉孢菌（Neurosporacrassa)(Cogoni和Macino，1997)中发现了dsRNA诱导的RNA沉默现象。RNAi在这些机体中作为抗病毒的防御体系而发挥作用。虽然在上述发现中，转基因病毒可以编码具有沉默功能的基因片断，并在复制过程中产生dsRNA，但针对RNA沉默现象的决定性发现还是由AndrewFire和CraigMello首先完成的。早在几年前，在线虫中进行反义RNA实验时，Guo和Kemphues就观察到正义RNA也具有很高的基因沉默活性（Guo和Kemphues，1995)。后来AndrewFire（安德鲁·菲尔）和CraigMello（克雷格·梅洛）通过实验阐明了这一反常现象：将反义RNA和正义RNA同时注射到秀丽隐杆线虫（Caenorhabditiselegans)比单独注射反义RNA诱导基因沉默的效率高10倍。由此推断，dsRNA触发了高效的基因沉默机制并极大降低了靶mRNA水平（Fire等，1998)，这是一个有关控制基因信息流程的关键机制。人们将这一现象命名为RNAi(见综述：Arenz和Schepers，2003)。安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛因为发现这一关键机制而获得诺贝尔生理医学奖。三、乌贼生物学分类乌贼（Cuttlefish）动物界，软体动物门（Mollusca），头足纲（Cephalopoda），鞘亚纲（Coleoidea），乌贼目（Sepiida），乌贼身体可分为头、足和躯干三个部分，躯体相当于内脏团，外被肌肉性套膜，具石灰质內壳。优点乌贼的神经系统发达，由中枢神经系统、周围神经系统及交感神经系统组成。结构复杂。枪乌贼的星形神经元具有巨大轴突，而巨大轴突由于其异常大的直径可以允许电极径向插入从而进行刺激或记录。科学研究1939年，A.L.霍奇金和A.F.赫胥黎将微电极插入枪乌贼大神经，直接测出了神经纤维膜内外的电位差。HodgkinandHuxley还同时发现在产生动作电位的过程中膜电位并非仅去极化到零电位而是进一步发生极性的逆转，这与Bernstein的假设是相矛盾的。Bernstein认为兴奋过程中膜通透性的提高是非特异性的，且这种通透性的提高导致了膜去极化状态的消除。HodgkinandHuxley随后还发现如果将细胞外的Na+去除则动作电位即无法产生，且当细胞外Na+浓度降低后去极化的速率降低同时动作电位的幅度也减小。这些发现使他们提出了“钠假说”，即动作电位的上升支及超射部分是由膜对Na+通透性暂时增大引发的Na+内流所导致的。HodgkinandHuxley由于以上的研究而获得了1963年的诺贝尔生理医学奖。四、海兔生物学分类海兔，螺类的一种，又称海蛞蝓。属动物界，海兔软体动物门，腹足纲，无盾目，海兔科动物的统称。研究应用：习惯化及敏感化的研究为了研究习惯化和敏感化的神经机制，美国哥伦比亚大学神经生物学家EricKandel及其同事选用加利福尼亚海兔为实验对象，对海兔缩腮反射的习惯化和敏感化的行为在细胞，水平上进行了深入的研究，以揭示程序性记忆的储存位点及形成机制，获得了重大突破，荣获2000年的诺贝尔生理学或医学奖。选择海兔进行研究则具有以下优点：其一，海兔的神经系统十分简单，大约只有2万个神经细胞（而人脑却有几千亿个）分别属于5对神经节，每个神经节含1000～2000个神经元，而且胞体大，有的直径可达1000μ，便于进行电生理、药理学研究。其二，单独一个神经节内的少量神经元就能完成某一个简单的学习行为，便于问题的分析。其三，科学家们依据神经元的大小、位置、形状、色素沉着、放电形式和神经递质的不同已将腹神经节中的细胞逐一进行了编号，绘制出了细胞分布图谱，对其神经网络和回路了解的较清楚，从而可以对其学习和记忆的神经机制进行细胞分子水平的分析。五、文昌鱼生物学分类文昌鱼（Branchiostoma）属脊索动物门（Chordata）、头索纲（Leptocardii）、文昌鱼科（Branchiostomidae）、文昌鱼属（Branchiostoma）。外形像小鱼，体侧扁，长约5厘米，半透明，头尾尖，体内有一条脊索，有背鳍、臀鳍和尾鳍。生活在沿海泥沙中，吃浮游生物。文昌鱼说它是“鱼”，实际上并不是鱼。它是介于无脊椎动物和脊椎动物之间的动物，而更趋向于脊椎动物。优点及科学价值文昌鱼虽然是不起眼的小动物，但它是从低级无脊椎动物进化到高等脊椎动物的中间过渡的动物，也是脊椎动物祖先的模型。研究：由于文昌鱼在脊椎动物起源研究中的重要性,这些年来发表的论文主要是用文昌鱼的相关基因比较研究脊椎动物某些基因或基因家族的演化,或讨论脊索动物门内的大类群间的系统学关系。文昌鱼的摄食、排泄等机能都象无脊椎动物的形式，但血管系统、呼吸系统、神经系统和胚胎发生过程都有了脊椎动物的模样；而且在生物化学上均可见到它具有脊椎动物所有的磷酸肌酸物质，但却不具备脊椎动物所有的血红蛋白和铁的化合物，文昌鱼含有一种特殊的钒的元素。所以，无论从形态、生理、生化和发生方面看都说明它是无脊椎动物进化到脊椎动物的过渡类型动物和见证。因为文昌鱼没有脊椎骨，因此不容易留下化石的遗迹，但以上所述足以说明文昌鱼是活的见证物了。因此无论从教学上、科研上都是十分需要的材料。六、斑马鱼生物学分类斑马鱼脊索动物门（Chordata）、辐鳍鱼纲（Actinopterygii）、鲤形目（Cypriniformes）、鲤科（Cyprinidae）鱼丹属（Danio）斑马鱼（D.rerio）。体长4～6厘米。体呈纺锤形。背部橄榄色，体侧从鳃盖后直伸到尾未有数条银蓝色纵纹，臀鳍部也有与体色相似的纵纹，尾鳍长而呈叉形。雄鱼柠檬色纵纹；雌鱼蓝色纵纹加银灰色纵纹。作为模式生物的优点1、斑马鱼的繁殖周期约7天左右，一年可连续繁殖6-7次，而且产卵量高其繁殖力很强。2、由于斑马鱼基因与人类基因的相似度达到87%，这意味着在其身上做药物实验所得到的结果在多数情况下也适用于人体，因此它受到生物学家的重视。3、斑马鱼的胚胎是透明的，所以生物学家很容易观察到药物对其体内器官的影响。4、雌性斑马鱼可产卵200枚，胚胎在24小时内就可发育成形，这使得生物学家可以在同一代鱼身上进行不同的实验，进而研究病理演化过程并找到病因。科学研究1、在国际上，斑马鱼模式生物的使用正逐渐拓展和深入到生命体的多种系统（例如，神经系统、免疫系统、心血管系统、生殖系统等）系统（例如，神经系统、免疫系统、心血管系统、生殖系统等）的发育、功能和疾病（例如，神经退行性疾病、遗传性心血管疾病、糖尿病等）的研究中，并已应用于小分子化合物的大规模新药筛选。2.在视觉研究中的应用斑马鱼具有自我修复破损视网膜的独特能力。英国科学家发现，人类视网膜中也拥有类似斑马鱼能够修复视网膜的细胞，并计划在5年内将研究结果用于失明患者治疗，让他们重见光明。这项研究仅在英国就能为成百上千名患者带来希望3.在听觉研究中的应用内耳中的一种毛细胞（haircell）是人类听觉不可或缺的一环华盛顿大学西雅图分校的一个研究团队一直在对一种水族馆里常见的观赏鱼类──斑马鱼进行研究，试图解决人类听力丧失的问题。和许多其他水生生物一样，斑马鱼在身体表面长有毛细胞。这些毛细胞的作用是探测水中的振动，其原理与人类内耳中的毛细胞相似。但是，与人类不同的是，斑马鱼的毛细胞在受损后还可以再生。研究人员希望他们的工作可以揭开谜底，保护人类的毛细胞免受损伤、并推动毛细胞的再生。七、非洲爪蟾生物学分类非洲爪蟾属脊索动物门(PhylumChordata)、无尾目(Salientia)、负子蟾科(Pipidae)雄性成蛙体长7-11cm，雌性成蛙体长9-14cm。性成熟的成蛙前肢有黑色婚垫，便于交配，雄蛙泄殖腔比雌蛙泄殖腔小。非洲爪蟾学名Xenopuslaevis负子蟾科。由于没有舌头只能利用其前肢搅食水中的无脊椎动物。分布于由南非的热带草原起，北至肯尼亚，乌干达西至喀麦隆。体长100mm。雄性会比雌性小一截，后肢具有3对角质脚爪。研究价值及优势1、在胚胎学研究中，非洲爪蟾是主要的两栖类动物模型。非洲爪蟾的优势在于取卵方便，在实验室条件下，它可以常年产卵