實驗是生物學(xué)最重要的內(nèi)容，實驗時需要選用適合的實驗材料，但是生物的種類如此之多，挑選適合的對象，便成為實驗成敗的關(guān)鍵；通常必須全面考量實驗材料的個體大小、生活史、是否容易培養(yǎng)操作，以及研究結(jié)果的適用性和經(jīng)濟價值等條件。在生物學(xué)的發(fā)展過程中，有一些材料特別受到研究者的青睞，他們的研究成果也可廣泛應(yīng)用到其他物種或是人類的身上，這些實驗材料的明星，就是模式生物。

所謂模式生物就是指受到廣泛研究，對其生物現(xiàn)象有深入了解的物種。根據(jù)從這些物種所得的科學(xué)研究結(jié)果，可以歸納出一些涵蓋許多生物的模型，并應(yīng)用在各領(lǐng)域的研究

模式生物的研究結(jié)果，可幫助解釋其他物種的發(fā)育或遺傳等生理機制，特別是探索人類疾病的成因和解決之道，通常用于遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和神經(jīng)科學(xué)等研究領(lǐng)域。因為人體實驗不易進行且有違倫理。這些生物具備了一些共同的特性，包括：體積不大、生活史短、成本低廉、方便在實驗室培養(yǎng)和操作、容易繁殖且子代數(shù)目多、具有小量且不復(fù)雜的基因組等，而且研究的結(jié)果可以用來解釋其他生物類似的生命現(xiàn)象。在發(fā)育生物學(xué)、分子遺傳學(xué)以及細胞生物學(xué)的研究成果，將近百分之八十都是利用十種左右的模式生物為材料而得，許多諾貝爾獎得主也受惠于他們。

模式生物能夠讓人們從細胞、組織、器官和系統(tǒng)層面深入了解生物系統(tǒng)。模式生物分為多種類型，它們的復(fù)雜性和用途各不相同。簡單的小生物體（如酵母）通常用于研究人類癌癥中的基因突變，而果蠅和斑馬魚則是研究遺傳學(xué)和疾病發(fā)展的理想之選。小鼠模型也廣泛用于生物醫(yī)學(xué)研究，有助于研究癌癥、糖尿病、高血壓或其他疾病的進展和新藥的開發(fā)。近年的動物模式也應(yīng)用于致癌原或環(huán)境毒物對人類的影響。

主流的模式生物包括：非洲爪蟾、斑馬魚、雞、小鼠、猴子、黑腹果蠅、秀麗隱桿線蟲、家蠶、釀酒酵母、大腸桿菌、煙草鑲嵌病毒、擬南芥、玉米、水稻等。利用不同的模式生物來進行實驗，對于結(jié)果會有不同的差異是眾所周知的事，因此，要如何選擇適當(dāng)?shù)纳?，來進行生物體內(nèi)研究，也是生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)一個重要方向。利用模式生物來發(fā)現(xiàn)、確認，可以對于疾病的治療、防治達到更佳的效果，進而發(fā)展更新的藥物。

以下簡述幾種重要的模式生物以及他們的貢獻：

1.大腸桿菌
通常簡寫為E.coli，是人體和其他恒溫動物腸道中最主要的革蘭氏陰性菌，也是現(xiàn)代生物學(xué)研究最多的原核生物；在微生物學(xué)的研究中，大腸桿菌是首先被發(fā)現(xiàn)接合現(xiàn)象(Conjugation)的菌種；其基因組(Genome)已經(jīng)定序完成，共具有460萬個堿基對，約含4400個基因。

2.釀酒酵母
這是與人類關(guān)系最密切的一種酵母，也是分子生物學(xué)和細胞生物學(xué)的真核模式生物，角色類似于原核的大腸桿菌，是第一個完成基因組定序的真核生物，具有1200萬個堿基對，約有6275個基因，其中大約5800個是真正有功能的基因，且估計有23%與人類同源，是研究真核細胞的重要工具

3.線蟲
體長約1mm，身體透明且構(gòu)造簡單，從受精卵發(fā)育為成體僅需三天半的時間，容易取得也容易在實驗室里培養(yǎng)，每一只線蟲在發(fā)育的過程中共產(chǎn)生1090個細胞，是從同一個受精卵細胞分裂而來，提供科學(xué)家追蹤細胞發(fā)育與分化的線索；而成體時剩下959個細胞，有131個細胞在發(fā)育過程中凋亡，是研究細胞凋亡調(diào)控機制的優(yōu)良材料，獲得2002年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎的計畫性細胞凋亡研究，便是使用線蟲為材料。線蟲是第一個完成基因組定序的多細胞動物，其基因組含有近1億個堿基對，約有19000個基因，大多數(shù)的個體是雌雄同體，同時可以制造卵和精子，方便研究隱性突變基因的表現(xiàn)。

線蟲曾經(jīng)在2003年被哥倫比亞號太空梭帶上太空，2006年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎頒給研究RNA干擾(RNA interference; RNAi)的科學(xué)家，以及2008年諾貝爾化學(xué)獎頒給研究綠螢光蛋白的科學(xué)家，也都是利用線蟲為材料，在基因表現(xiàn)與調(diào)控的研究領(lǐng)域，線蟲具超級模式生物的地位。

4.黑腹果蠅
是遺傳學(xué)和發(fā)育生物學(xué)重要的模式生物之一，自摩根(Morgan, T.H.)在二十世紀初采用以研究遺傳模式后，果蠅廣受歡迎，是1933年、1946年及1995年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎得主的實驗材料。果蠅的生活史短、從卵到成蟲只需約兩個星期、子代眾多、突變型多、具有巨大染色體方便進行基因定序；其基因體在2000年時定序完成，共有1億6千5百萬個堿基對，約含13700個基因，基因體中約有65%是非編碼序列。果蠅在胚胎發(fā)育的過程中，由一套基因決定成蟲體節(jié)的對稱分布，而這套基因普遍存在于各種昆蟲到人類的基因組中，因此提供研究發(fā)育模式的資訊。此外約75%人類疾病的基因也存在于果蠅的基因體中，因此果蠅也成為研究人類疾病的模式生物，包含探討老化現(xiàn)象、氧化壓力、糖尿病、部分癌癥、藥物濫用以及神經(jīng)退化的疾病，如帕金森氏癥(Parkinson’s disease)、杭丁頓氏癥(Huntington’s disease)以及阿茲海默癥(Alzheimer’s disease)等。

5.斑馬魚
體長2-4cm的脊椎動物，這種硬骨魚的受精卵在體外發(fā)育，而且是透明的，非常方便進行胚胎發(fā)育的研究；雖然從受精卵到成體需要2-4個月的時間，斑馬魚早期發(fā)育卻進行得相當(dāng)快速：受精后24小時內(nèi)，體內(nèi)組織和器官大多已形成，2天內(nèi)就會孵化成小魚；斑馬魚的基因組在定序中，估計約有17億個堿基對，其中許多和發(fā)育有關(guān)的基因已經(jīng)被確認，基因和人類基因的相似度很高。2007年初，中國復(fù)旦大學(xué)的學(xué)者轉(zhuǎn)殖出對水中雌性荷爾蒙敏感的斑馬魚，只要水中雌性激素濃度偏高，斑馬魚的體色就會變綠，是很便利的環(huán)境污染指標(biāo)；同年，在英國的學(xué)者也發(fā)表了斑馬魚眼睛的神經(jīng)干細胞研究，發(fā)現(xiàn)這些干細胞有助于視網(wǎng)膜神經(jīng)元的再生，將來可望對人類眼睛退化疾病的治療有所助益。

6.小鼠
小鼠很早以前就是生物學(xué)和藥學(xué)中脊椎動物的模式生物，尤其和人類同屬于哺乳動物，其基因組約有30億個堿基對，基因約為23786個，以同樣的方式來估算基因數(shù)目的話，人類的基因總數(shù)約為23686個，兩者非常相近。小鼠是目前實驗室中最常用的基因轉(zhuǎn)殖哺乳動物，經(jīng)由基因標(biāo)定(Gene targeting)的基因剔除鼠(Knockout mice)，除了是2007年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎得主的實驗材料，還廣泛用于研究人類的各種疾病，未來對于心血管疾病、神經(jīng)退化疾病、糖尿病和癌癥等，能夠提供豐富的資料。 小鼠較不利于研究胚胎發(fā)育的過程，一方面是因為小鼠發(fā)育需要9個星期，時間較長，另一方面是由于哺乳動物的受精卵在母體內(nèi)發(fā)育，不易觀察，后者可從同為脊椎動物、受精卵卻是體外發(fā)育的斑馬魚著手。

7.擬南芥
十字花科的阿拉伯芥是一年生草本，高約20-25cm，廣泛分布于歐、亞、非洲，雖然對于農(nóng)業(yè)毫無貢獻，卻早在1943年便由Friedrich Laibach提出來做為模式生物，是研究開花植物胚胎發(fā)育的優(yōu)良材料，在實驗室中容易培養(yǎng)，子代眾多，生長期只需6個星期，有植物界”果蠅”的地位；和孟德爾的實驗材料豌豆一樣，阿拉伯芥是雌雄同株，方便研究基因遺傳；1986年后，利用T-DNA進行植物基因轉(zhuǎn)殖的技術(shù)成熟，使阿拉伯芥較玉米、煙草等其他模式植物更受歡迎，其基因組含有約1億5千7百萬個基因，在開花植物中算是較小的，因此是第一個被定序的植物，基因的數(shù)目則約為27000個。

以上這些模式生物的研究結(jié)果，許多可用于解釋其他非模式生物的表現(xiàn)，這是因為外表差異極大的各種生物之間，有基本的生命現(xiàn)象表現(xiàn)的通則，這也是演化的證據(jù)之一。

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