實(shí)驗(yàn)是生物學(xué)最重要的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)時(shí)需要選用適合的實(shí)驗(yàn)材料，但是生物的種類(lèi)如此之多，挑選適合的對(duì)象，便成為實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵；通常必須全面考量實(shí)驗(yàn)材料的個(gè)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(jì)價(jià)值等條件。在生物學(xué)的發(fā)展過(guò)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(lèi)的身上，這些實(shí)驗(yàn)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(duì)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(jī)制，特別是探索人類(lèi)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?yàn)槿梭w實(shí)驗(yàn)不易進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(lái)解釋其他生物類(lèi)似的生命現(xiàn)象。在發(fā)育生物學(xué)、分子遺傳學(xué)以及細(xì)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(jiǎng)得主也受惠于他們。

模式生物能夠讓人們從細(xì)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(lèi)型，它們的復(fù)雜性和用途各不相同。簡(jiǎn)單的小生物體（如酵母）通常用于研究人類(lèi)癌癥中的基因突變，而果蠅和斑馬魚(yú)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(jìn)展和新藥的開(kāi)發(fā)。近年的動(dòng)物模式也應(yīng)用于致癌原或環(huán)境毒物對(duì)人類(lèi)的影響。

主流的模式生物包括：非洲爪蟾、斑馬魚(yú)、雞、小鼠、猴子、黑腹果蠅、秀麗隱桿線蟲(chóng)、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(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)于結(jié)果會(huì)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?，?lái)進(jìn)行生物體內(nèi)研究，也是生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)一個(gè)重要方向。利用模式生物來(lái)發(fā)現(xiàn)、確認(rèn)，可以對(duì)于疾病的治療、防治達(dá)到更佳的效果，進(jìn)而發(fā)展更新的藥物。

以下簡(jiǎn)述幾種重要的模式生物以及他們的貢獻(xiàn)：

1.大腸桿菌
通常簡(jiǎn)寫(xiě)為E.coli，是人體和其他恒溫動(dòng)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(wàn)個(gè)堿基對(duì)，約含4400個(gè)基因。

2.釀酒酵母
這是與人類(lèi)關(guān)系最密切的一種酵母，也是分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的真核模式生物，角色類(lèi)似于原核的大腸桿菌，是第一個(gè)完成基因組定序的真核生物，具有1200萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，約有6275個(gè)基因，其中大約5800個(gè)是真正有功能的基因，且估計(jì)有23%與人類(lèi)同源，是研究真核細(xì)胞的重要工具

3.線蟲(chóng)
體長(zhǎng)約1mm，身體透明且構(gòu)造簡(jiǎn)單，從受精卵發(fā)育為成體僅需三天半的時(shí)間，容易取得也容易在實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)，每一只線蟲(chóng)在發(fā)育的過(guò)程中共產(chǎn)生1090個(gè)細(xì)胞，是從同一個(gè)受精卵細(xì)胞分裂而來(lái)，提供科學(xué)家追蹤細(xì)胞發(fā)育與分化的線索；而成體時(shí)剩下959個(gè)細(xì)胞，有131個(gè)細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中凋亡，是研究細(xì)胞凋亡調(diào)控機(jī)制的優(yōu)良材料，獲得2002年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的計(jì)畫(huà)性細(xì)胞凋亡研究，便是使用線蟲(chóng)為材料。線蟲(chóng)是第一個(gè)完成基因組定序的多細(xì)胞動(dòng)物，其基因組含有近1億個(gè)堿基對(duì)，約有19000個(gè)基因，大多數(shù)的個(gè)體是雌雄同體，同時(shí)可以制造卵和精子，方便研究隱性突變基因的表現(xiàn)。

線蟲(chóng)曾經(jīng)在2003年被哥倫比亞號(hào)太空梭帶上太空，2006年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C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(jiǎng)?lì)C給研究綠螢光蛋白的科學(xué)家，也都是利用線蟲(chóng)為材料，在基因表現(xiàn)與調(diào)控的研究領(lǐng)域，線蟲(chóng)具超級(jí)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(jì)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(jiǎng)得主的實(shí)驗(yàn)材料。果蠅的生活史短、從卵到成蟲(chóng)只需約兩個(gè)星期、子代眾多、突變型多、具有巨大染色體方便進(jìn)行基因定序；其基因體在2000年時(shí)定序完成，共有1億6千5百萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，約含13700個(gè)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(guò)程中，由一套基因決定成蟲(chóng)體節(jié)的對(duì)稱分布，而這套基因普遍存在于各種昆蟲(chóng)到人類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(yú)
體長(zhǎng)2-4cm的脊椎動(dòng)物，這種硬骨魚(yú)的受精卵在體外發(fā)育，而且是透明的，非常方便進(jìn)行胚胎發(fā)育的研究；雖然從受精卵到成體需要2-4個(gè)月的時(shí)間，斑馬魚(yú)早期發(fā)育卻進(jìn)行得相當(dāng)快速：受精后24小時(shí)內(nèi)，體內(nèi)組織和器官大多已形成，2天內(nèi)就會(huì)孵化成小魚(yú)；斑馬魚(yú)的基因組在定序中，估計(jì)約有17億個(gè)堿基對(duì)，其中許多和發(fā)育有關(guān)的基因已經(jīng)被確認(rèn)，基因和人類(lèi)基因的相似度很高。2007年初，中國(guó)復(fù)旦大學(xué)的學(xué)者轉(zhuǎn)殖出對(duì)水中雌性荷爾蒙敏感的斑馬魚(yú)，只要水中雌性激素濃度偏高，斑馬魚(yú)的體色就會(huì)變綠，是很便利的環(huán)境污染指標(biāo)；同年，在英國(guó)的學(xué)者也發(fā)表了斑馬魚(yú)眼睛的神經(jīng)干細(xì)胞研究，發(fā)現(xiàn)這些干細(xì)胞有助于視網(wǎng)膜神經(jīng)元的再生，將來(lái)可望對(duì)人類(lèi)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(dòng)物的模式生物，尤其和人類(lèi)同屬于哺乳動(dòng)物，其基因組約有30億個(gè)堿基對(duì)，基因約為23786個(gè)，以同樣的方式來(lái)估算基因數(shù)目的話，人類(lèi)的基因總數(shù)約為23686個(gè)，兩者非常相近。小鼠是目前實(shí)驗(yàn)室中最常用的基因轉(zhuǎn)殖哺乳動(dòng)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(jiǎng)得主的實(shí)驗(yàn)材料，還廣泛用于研究人類(lèi)的各種疾病，未來(lái)對(duì)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(guò)程，一方面是因?yàn)樾∈蟀l(fā)育需要9個(gè)星期，時(shí)間較長(zhǎng)，另一方面是由于哺乳動(dòng)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(dòng)物、受精卵卻是體外發(fā)育的斑馬魚(yú)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(duì)于農(nóng)業(yè)毫無(wú)貢獻(xiàn)，卻早在1943年便由Friedrich Laibach提出來(lái)做為模式生物，是研究開(kāi)花植物胚胎發(fā)育的優(yōu)良材料，在實(shí)驗(yàn)室中容易培養(yǎng)，子代眾多，生長(zhǎng)期只需6個(gè)星期，有植物界”果蠅”的地位；和孟德?tīng)柕膶?shí)驗(yàn)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(jìn)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(wàn)個(gè)基因，在開(kāi)花植物中算是較小的，因此是第一個(gè)被定序的植物，基因的數(shù)目則約為27000個(gè)。

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?yàn)橥獗聿町悩O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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