用其他物种作为研究人类健康和疾病的模型，这种做法自其发端以
来就在生物医学研究中占据核心位置。早在17世纪，威廉·哈维
（William Harvey）就曾用狗来演示血液循环。现在看来，这种活体解
剖似乎太过粗暴野蛮，因为被切开的动物在手术台上痛苦地扭动，没有
任何麻醉剂或止痛药来缓解它们的痛苦。 440在当今的英国，所有对活
体动物的实验，无论是对动物进行手术，还是使用在笼中度过终生、只
用于观察而没有侵入性实验的转基因小鼠，都必须得到英国内政部的许
可，在严格监管下进行实验。 441只要可能，必须使用麻醉剂或止痛药
来缓解动物的痛苦，但不排除有一些实验就是以研究疼痛反应为目的
的。类似的监管体系在美国、日本、澳大利亚、中国等国家都已经建立
起来了。 442虽然有这些需要遵守的实验准则，但大多数人还是不忍心
看到其他生物遭受痛苦，因此活体动物实验仍然是一件有争议的事情，
这一点并不令人吃惊。
但如果我们真的想要理解人体是如何工作的，以及到底是人体内的
什么错误导致了疾病，活体动物实验就将一直在生物医学研究中保有核
心地位。 443活体动物实验的反对者经常提到一些替代方法，比如在试
管中进行生化分析，研究体外培养的细胞，或者用电脑模拟体内生理活
动等，但其实这些方法一直是生物医学研究的正常组成部分。比如，我
和同事最近在研究钙信号的分子基础，我们一大半的实验都是在体外培
养的细胞中完成。 444但当研究心脏、肝脏或大脑这些复杂的器官时，
用体外培养的细胞便不可能对这些器官的真实状态得到一个整体的把
握，因为器官都有一定的结构。目前已经证明，不同类型的细胞在这些
结构中相互作用的方式，不可能用培养的细胞准确地模拟出来。 445这
种情况对于大脑研究尤甚，因为脑中有数十亿的细胞，包含几百种细胞
类型，细胞之间有几万亿次神经连接。不过，我们在第八章就要讲到，
由于人类干细胞研究的新进展，研究人脑的方式可能就要改变了。此
外，动物体内的一个器官会与其他器官以及身体其他部位通过激素、生
长因子等化学物质相互交流，所以活体动物中很多过程的复杂性无法在
体外培养的细胞中体现出来。
当然，活体动物实验不一定要使用哺乳动物。我们对于基因启动或
关闭的机制的很多知识源于对细菌的研究， 446而调控细胞周期（即细
胞增殖和分裂的过程）的基因最初是在酵母中发现的。 447我们在第一
章中已经看到果蝇研究如何为现代遗传学奠定了基础，果蝇如何推进了
我们对胚胎发育的理解，甚至对神经系统和大脑的理解。在这个意义
上，低等的线虫也非常重要。对线虫的研究使人们发现了细胞程序性死
亡的现象，那是一种细胞自杀的过程，对生物发育过程中精确塑造胚胎
形态以及成年后防止癌症很重要。 448还有，我们在第三章中已经看
到，斑马鱼也是研究胚胎发育的重要物种。 449
我们之所以能从这些不同的生物中得到宝贵的启示，是因为所有生
命都起源于同样的遗传学储备，而且物种演化有一种内在的保守性，它
倾向于改造已有的东西，而不是从头制造新的东西，结果就是这些生物
和人体中的很多过程都有明显的相似性。 450
研究这些非哺乳动物的生命体，既有伦理原因，也有科学原因。在
伦理上，人们更能接受在“低等”生物上进行实验，因为它们的神经系统
不太发达，人们认为它们不太可能感到疼痛或不适。某种程度上，这也
只是一个主观判断。在英国，研究斑马鱼和青蛙直到20世纪80年代中期
才需要许可证，也许是因为相比滑溜溜的冷血动物，研究小鼠这样温血
的、毛茸茸的动物更容易唤起人的同情。不过，青蛙和鱼也是复杂的生
物，现在人们对于它们的权利也有了更强的意识，认为它们也需要以尽
量最小化痛苦或不适的方式来对待。至于无脊椎动物，除了章鱼以外，
研究它们则仍不需要许可证。 451
无脊椎动物的一些特点也使它们很有研究价值。 452果蝇和线虫的
寿命较短、后代数量大，对于遗传学研究而言是非常合适的模型，因为
可以用辐射或化学诱变剂处理它们，然后从后代中筛选突变个体。 453
在研究胚胎发育方面，因为果蝇和线虫的胚胎在母体外发育，比起在母
体子宫中发育的哺乳动物，它们的胚胎更易于研究。斑马鱼的胚胎也是
在母体外发育，而且它属于脊椎动物，发育过程与哺乳动物有很多相同
的特征。还有很重要的一点是，斑马鱼的胚胎是透明的，这样就可以用
复杂的成像技术来研究活胚胎发育过程中分子水平上的变化。 454
基因组编辑技术必定对非哺乳动物的生物研究有重大影响，因为它
可以用来进行全速的基因打靶。2015年6月，美国国立卫生院的肖恩·伯
吉斯（Shawn Burgess）证明，CRISPR/CAS9基因组编辑技术可以被用
来大规模敲除斑马鱼的基因。他说：“我们所做的是建立一个敲除多个
基因的完整流程，用于在脊椎动物模型中快速检测基因的功能。” 455伯
吉斯的团队成功突变了82个基因，其中约50个与人类中的耳聋基因有相
似性。通过筛查这些突变体，研究者可以评估这些基因究竟如何在听觉
中起作用。但是，伯吉斯还有更大的野心。“我们已经展示出，用中等
程度的资源就可以分析上百个基因，”他说，“那么，在大科学的尺度
上，也许用相对低的科研投入就可以敲除基因组中每个基因。” 456