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模式生物生活環境豐富化,是大勢所趨、還是研究者的新挑戰呢?

科學月刊_96
・2018/06/30 ・4288字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 507 ・六年級
  • 文/李依庭 │ 東海大學生命科學系生物醫學組碩士。在領略過實驗百態後,嘗試承擔起文字的重量,但目光總不自覺被生醫產業吸引,現任《科學月刊》編輯。

在穿過滅菌設備、緊急沖淋器與無塵系統等相關設備後,從穿廊望去,一字排開的是 3 間並排房間。

左邊緊閉的門上透明玻璃窗,映入眼簾的是一個個堆疊放置在特殊架上的系統缸,架下的泵浦則隆隆作響的負責水缸內的各種恆定;持續往前走,在還沒走至下一道門前,就能聽到陣陣撞擊金屬的聲響,金屬架上安放著一個個的塑膠籠,上頭覆蓋著不鏽鋼網蓋;走廊盡頭的房間,是在聽到逐漸靠近的腳步聲後,從房門的另一側傳來的騷動聲響也漸趨急促,倚著玻璃窗,可以看到一個個巨大的飼養籠。

這裡是動物房,是斑馬魚、小鼠與兔子等各種模式生物的家,也是承載著每位研究者夢想與希望的所在。

實驗小鼠的動物房。圖 / kennethr @Pixabay

模式生物的試驗

各種大大小小的生物學研究、基礎的生物醫學實驗或新藥開發前的臨床試驗皆離不開模式生物,牠們幫助人類預測出許多可能會發生的結果,找到全新的發現。長年以來,為了減少實驗中的變異,研究人員選擇讓模式生物居住在獨立且空無一物的空間中,以提升實驗的準確性。

然而,越來越多的研究發現這樣的實驗方式可能會物極必反,不僅是實驗室之間再現性低之外,近期的研究也發現 9 種通過動物試驗的新藥,最終只有 1 種通過人類臨床試驗,這是否也代表著模式生物所生活的環境或許也是造成這些問題的一部份?

最為人所熟悉的模式生物莫過於小白鼠了。牠們在看似「純淨」的實驗室中生長,真的就「無雜質」嗎?這非自然的生活是否真能帶來「準確」? 圖/Kapa65 @Pixabay

現今實驗室中的小鼠,一隻隻住在只有約鞋盒大的籠子中,大鼠甚至無法站直身體;兔子也只能坐在與自己身形相去不遠的鐵籠中;有別於水族箱裡華麗的造景,透明的水缸內僅有幾隻斑馬魚游動著。負責提升實驗動物福祉、史丹佛大學(Stanford University)的行為學家加納(Joseph Garner)表示,

「如果人們期望透過動物得知在人類身上會發生的事情,那必須對待牠們更像個人類一樣。」

但實驗動物終究不是人類,要如何對待牠們更像人類一樣?科學家提出增加設備、使牠們生活豐富化(enrichment)的想法,提供相關設備讓牠們有機會探索、活動,臨摹動物在野外的生活。

歷史上的豐富化實驗

現今的實驗兔子只能如圖中一般,坐在與自己身形相去不遠的鐵籠中,這樣狹小的環境讓他們的生長不再「自然」,卻能讓科學家掌控一切可能變因。(示意圖,非真實實驗兔) 圖/hifijohn @Pixabay

其實,實驗動物並不是一直都生活在這些狹小且荒蕪的空間中。19 世紀中期,研究人員開始飼養大鼠(rat)來進行科學性的實驗,當時的鼠籠中還會擺放相關設備供牠們挖洞與跑步。但到了 1960 年代,由於動物規範與控制變因等因素,各實驗室開始選擇單一、小型且便宜的無菌籠,因為對於研究而言,若實驗動物沒有明顯的外傷或痛苦,動物的天然習性就顯得為次要,並且不受到關注。

現在,科學家所提出來欲提升實驗動物生活豐富化的這個想法,從長久以來的文獻中也有跡可循。

1947 年,心理學家赫布(Donald Hebb)發現比起飼養在實驗室中的小鼠,飼養在家中能夠自由跑動的小鼠有更好的學習能力。到了 1960 年代,研究人員在飼養籠中放置木製積木和旋轉迷宮,能擴大大鼠腦中的感覺區域(sensory redions)。2000 年,澳洲墨爾本大學(University of Melbourne)神經學家漢納(Anthony Hannan)受到文獻中豐富化會激發新神經元生長的啟發,嘗試為實驗室裡的小鼠增添生活樂趣,他準備了築巢的紙板、鮮艷色彩的球、爬梯和繩索,供小鼠攀爬和玩樂,發現相較於住在一般飼養籠中的小鼠,在這種豐富多彩的環境生長,能成功地延長亨丁頓舞蹈症(Huntington’s disease, HD)的發病時間,這也是豐富化第一次被證明,它確實會在神經退化性疾病上的產生影響。爾後研究團隊遵循相同模式進行研究,結果在自閉症、憂鬱症和阿茲海默症(Alzheimer’s disease, AD)的實驗也都得到相似驗證。

許多實驗結果都顯示,將小鼠放在猶如遊樂園的多采多姿環境中,會產生正向影響。 圖/Free-Photos @Pixabay

時間推移至 2010 年,科學家甚至將豐富化應用在癌症上。俄亥俄州立大學(The Ohio State University)的癌症學家曹(Lei Cao)在 1 平方公尺的場地中擺滿滾輪、迷宮和各種不同顏色的拱形圓頂小屋,此布置被她女兒戲稱為小鼠的迪士尼樂園。實驗先將癌細胞打入小鼠體內,一段時間後檢查腫瘤,發現 80% 生活在樂園中的小鼠腫瘤小於對照組,有些甚至沒有腫瘤的形成。在這份報告中更提出一種可能的機制:環境的豐富會活化腦內的下視丘,影響著從情緒到癌症擴散的賀爾蒙調節。

模式生物的福利與法規

縱使研究顯示飼養模式生物不能只是餵食,也必須豐富其心靈,然而,至今卻鮮有任何改變,唯一有所改變的是靈長類動物。1985 年,美國動物福利法要求實驗室需正視猴子、猩猩心理狀態,提出給予更大空間、玩具和同伴等相關規定;1996 年更進一步增加條件,包括提供毯子製作巢穴、適時給予音樂聆聽和電影觀賞等。

依動物的天性,盡可能使之擁有接近其原始生活的豐富度,是目前豐富化提倡者的倡議核心。 圖/Free-Photos @Pixabay

2011 年,日益漸增的豐富化相關文獻讓國家研究委員會(National Research Council)修改指南,表示具社會化的物種就應依照社會化的方式飼養,並且提倡各物種的豐富化,而不侷限於靈長類動物。然而,若科學家認為豐富化之間會存在差異性或影響研究,則可省去。畢竟,豐富化製造更多的快樂,使模式動物生活得更相似人類,但並不足以證明能在每一個研究中發展出最好的科學研究,仍有許多科學家希望有更多證據能證明豐富化能提升實驗結果的質量。

提升各種模式生物的生活環境豐富化

為了證明豐富化會有更佳研究成果,不只是加納,世界各地都有實驗室進行了豐富化革新。

密西根大學(University of Michigan)的獸醫洛夫格倫(Jennifer Lofgren)在 2014 年也擬定一項計畫,目標是為更了解動物的生活經歷,因此嘗試在不同模式生物中增加豐富的設備。她在斑馬魚缸中放入一些五彩的彈珠;試圖讓魚缸內的造景模擬魚類在野外的生活。將兔子飼養在一起,並放入充滿乾草的紙袋讓兔子能夠一起玩樂,也提供許多塑料物品讓牠們啃咬。

科學家期望增加鼠籠中的豐富度,包括滾輪、拱形圓頂小屋、管狀迷宮與小木頭等。圖/科學月刊提供

加拿大英屬哥倫比亞大學(University of British Columbia)生物學家威爾利(Daniel Weary)則準備 4 倍大的鼠籠,讓大鼠可以站立、爬梯子或提供真實土壤牠們挖洞。葡萄牙的米尼奧大學(University of Minho)動物中心更建造出一個包含多種不同類型的活動區域(PhenoWorld),將空間隔成運動區、用餐區和實驗區,大鼠若想穿梭自則必須學會如何打開當中的隔間,帶給牠們不同的挑戰。中心負責人卡洛斯(Magda João Castelhano Carlos)表示,這些動物生活在更為自然的環境,對於研究精神障礙而言是更好的模型,因為牠們較不會產生非自然的焦慮與抑鬱。

持反證的聲音

當然,有贊成的論點必定會有反對的聲浪,有些學者擔心涉及到研究時,這些豐富化設備帶來的缺點可能會多於優點。例如,當科學家試圖透過塑膠管,降低每週更換鼠籠所帶給實驗小鼠壓力的同時,伴隨而來的是費用問題。增加的相關設備每週的清洗、滅菌,無疑是需增加大量的人力與時間,更不用說是龐大的添購費用。

俄亥俄州立大學的神經科學家戈德布特(Jonathan Godbout)和其他的科學家也質疑豐富化是否真能提升研究、抑或只是破壞研究的一致性?當每個實驗室使用不同的豐富化設備,導致其他實驗室無法重現實驗結果,是否會造成再現性困難的危機?況且,他也認為在實驗室中的實驗動物生活在食物無虞、無掠食者的環境,已是十分美好的生活,不需要建造遊樂園讓牠們更快樂。

利用實驗小鼠研究酒精中毒行為的行為遺傳學家克拉布(John Crabbe)則表示,或許某些疾病類型,如癌症,可能適合豐富化的實驗設計,但不意味豐富化適用於所有實驗,尤其是精神疾病。

針對研究的支出,漢納也不可諱言地表示,豐富化的確會增加研究的花費,但若此方法能模擬出更接近人體內真實的情況,從長遠來看實是節省科學家們的時間與金錢,或許做的研究會變少,但做出來的研究會更好

儘管面對諸多質疑與挑戰,洛夫格倫仍對於豐富化的推動充滿信心,因為相較於 21 世紀初,在2016 年,已有超過 160 篇實驗動物設備豐富化的相關文獻,且在美國實驗動物科學協會會議上, 171 個報告中有 83 個是關注在動物設備豐富化,是 2009 年的 2 倍之多。

結語

對於曾參與實驗室研究或執行動物試驗的人而言,設備豐富化固然會增加研究經費與工作量,畢竟現今在臺灣,對於研究經費年年壓縮的實驗室主持人而言,每一筆實驗支出都必須花在刀口上,更不遑論人力的分配。

不過,試想人類若被關在固定、制式的空間中,只提供食物和生活最低需求的設備、進行各種測試或實驗時,是否也能忠實呈現人體內的各項生物機制,對醫學研究做一個合理的詮釋?儘管豐富化的好壞為何目前尚不得而知,但誠如洛夫格倫所說,無論是為了科學或是動物本身,豐富化應逐漸成為規則而不是例外。人們必須盡可能地給予實驗動物最好的生活,因為,牠們是用珍貴的一生換得人類汲取欲知的真相。

我們不是模式動物,難以知曉牠們是否滿意自己的生活,但想像一下,自己從出生到死亡都生活在單一潔白的空間,那樣的人生是真正的「人生」嗎? 圖/RyanMcGuire @Pixabay

延伸閱讀:

  1. David Grimm, Are happy lab animals better for science?, Science, 2018/2/7.
  2. Refinement & Enrichment Advances Laboratory(REAL)

 

本文編修自《科學月刊》2018 年 6 月號,原文為〈如何忠實重現人類醫學模式的樣貌?〉

什麼?!你還不知道《科學月刊》,我們 48 歲囉!
入不惑之年還是可以當個科青!





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海豹在臺灣出現合理嗎?鼻頭漁港海豹現身事件和跟著浮出水面的反思

chungweiyou_96
・2021/10/27 ・3368字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本週(10/24)在臺灣瑞芳的鼻頭漁港首度發現一隻靠岸在本島的海豹,這個消息對很多人來說都非常的興奮!但另一方面,這隻海豹也讓一些問題跟著浮出水面:比方如何辨識海豹、海獅等鰭腳類動物?新北市動保處為何要捕捉這隻海豹?海豹出現在臺灣合理嗎?港內的垃圾如何處理?跟著本文,讓我們來一一了解!

海豹、海象、海獅、海狗,傻傻分不清楚?

在分類方面,首先我們知道鰭腳類動物(Pinnipedia)就是指這類四肢演化成鰭狀的海洋哺乳類動物,主要分布在溫帶與寒帶(但仍有少數例外,如加拉巴哥海獅 Arctocephalus galapagoensis 所分布的加拉巴哥群島就是位處熱帶)。

鰭腳類動物包含了海象、海豹、海狗以及海獅,對一般人來說確實是個挑戰。其中較好分的就是海象,擁有一對非常醒目的獠牙;其次則是海豹,海豹是沒有外耳的,後腳看起來更接近尾巴,因此在岸上移動困難;而海獅和海狗就不好分了,在分類上的定義也不夠明確(海狗是海獅類群的其中一分子),要分辨的話,普遍主要會從海獅體型較大、雄海獅有明顯鬃毛、體毛較粗等來大致區分。

環海豹。圖 / 作者提供
加拉巴哥海獅。圖 / 作者提供。

為何要把海豹抓起來?可能的原因與反思

然後就是新北市動保處為何想要捕捉這隻海豹了。這個問題大概可以拆解成以下幾項:

一、因為海豹是外來種?

新北市動保處處長在新聞稿以及鼻頭漁港現場,都說了海豹是外來種云云。

外來種的定義是「某物種直接或者間接靠人為力量抵達某原分布外的地點者稱之」;反過來說,靠自身能力(飛行、游泳、空漂、海漂⋯⋯)抵達臺灣的生物,就不是外來種。而目前經清查,各大水族館以及海洋公園等地,都說並沒有遺失海豹的情況之下,這隻在鼻頭漁港出現的海豹,就不能以外來物種的標準處置(如果有所謂的外來種處置方式的話啦)。

二、還是哺乳中的小海豹?

10 月 25 日早上,我也在鼻頭漁港現場攝影,並目擊了圍捕經過。詢問過後發現,現場所有準備圍捕海豹的人員,沒有一人知道那隻海豹究竟是什麼物種。如果有小小做點功課,至少會說可能是斑海豹或者港海豹的其中之一,但現場沒有人說出上述的任何名字。

就我個人在現場觀察和攝影,個人認為比較可能是港海豹(Phoca vitulina),但因為港海豹和斑海豹(Phoca largha)外觀相當相似,所以也不敢直接說死。

港海豹分布於亞洲、歐洲以及北美洲的溫帶和寒帶地區,IUCN 判定無危,數量穩定。如果現場人員都無法判斷這隻海豹究竟是哪個物種,要人如何相信 24 日報導中說的「專人判定是哺乳期中的小海豹」?專人是哪位?以這種不夠可信的理由想要把海豹抓起來,似乎操之過急。

那我們就來看看這隻海豹是哺乳期幼仔是否合理吧!首先,港海豹在介於 2 月到 7 月之間產仔(緯度越高越晚生),產仔之後,媽媽只花 3-4 週的時間哺乳,之後就離開寶寶讓牠獨立生存。所以假設牠最晚在 7 月出生,又哺乳長達 4 週,圍捕當天已經是 10 月 25 日,怎麼算都不可能是所謂的「還在哺乳期的個體」!

有新聞報導小海豹可能跟母豹走失。圖/NowNews

根據 Monica Muelbert 和 William Don Bowen 在 2011 年的研究[1]顯示,港海豹幼仔平均在產後 24.1±0.44 天斷奶,斷奶的當下體重為 24.9±0.45 公斤 (n=52)。鼻頭漁港的這隻港海豹雖然沒有被抓起來量體重,但目測體長約 1 公尺、體重超過 25 公斤應該是沒有懸念,怎麼看都不是哺乳期的幼仔,還腦補了跟父母走散等劇情,用意只是想合理化捕捉的動作嗎?

這次在鼻頭漁港的港海豹。圖 / 作者提供。

三、擔心小海豹在漁港內受傷?

基本上這隻迷路到臺灣的港海豹,應該視為如同迷鳥一樣的狀況。同樣是史上首見,2014 年金山小白鶴剛到的時候,動保處也沒有急著要捕捉,那為什麼這隻港海豹就要抓?在「外來種之說」以及「哺乳期幼仔之說」都有些不可靠的情況下,處長接著說因為牠在漁港內可能會被漁船或者漁具等弄傷,所以想要捕捉之後去野柳海洋世界給獸醫師檢查,再找適當的時機和地點野放。

這個理由我可以接受,但正值東北季風強盛,當天早上天氣也一直都不好,港外的浪況相當驚人,捕捉人員雖然沒有抓到港海豹,但間接把港海豹趕出港外,在這種浪況極度不佳的海象之下,是不是逼著牠去冒更多的險?漁船在這種天氣也不會出港作業,若能讓牠在港內休息幾天,也觀察幾天,等過幾天天氣好,港海豹也因為喘息幾天而恢復體力(一路從溫帶南漂到臺灣肯定非常消耗體力),再有所動作應該也不遲?

金山小白鶴。圖 / 作者提供。

後來,10/25早上離開鼻頭漁港前,動保處處長說,他們當天的捕捉行動其實也想要測試、觀察港海豹的行動能力。看起來牠逃走的時候很正常,游泳的速度也是非常快,應該是健康無虞的個體。

港海豹出現在臺灣合理嗎?

至於港海豹出現在臺灣到底合不合理?要回答這個問題之前,要先知道一個概念:動物在某地點族群數量變多,新的個體競爭不到資源(或者數量沒變多,但環境品質劣化導致資源減少)時,就有可能冒險向外拓展新領地。

如果是海豹,在這個過程中,就有可能被強大的洋流帶往意料之外的低緯度地區,比方沖繩和越南都有發現過海豹的紀錄。至於臺灣的部分,昨晚看到李璟泓(里山基金會發起人)學長挖到一則老新聞,說 1957 年 8 月就有漁船在臺灣海峽撈到海獅(但其實比較像海豹);2013 年 6 月,蘭嶼東清灣海灘上也曾發現了一隻斑海豹屍體;所以此事件並不是完全沒有前例可循,在試圖妄下結論之前,真的要先花時間找資料啊。

1957年的報紙新聞。圖/取自國立公共資訊圖書館。

番外篇:港內垃圾怎麼那麼多?

再來就是港內的垃圾問題了。在港海豹離開後,已經有工作人員清理了鼻頭漁港內的垃圾,效率很高。大家看到海豹照片的時候,大多都會順便譴責一下垃圾過多的問題。

我也同意港內垃圾必須清理,但這個問題並不是當地人維持乾淨、不亂丟垃圾就能解決的。海洋四通八達,你在某地海邊撿到的垃圾有相當機會其實是遠方其他地區的人丟棄的。這是個相當大的議題,希望大家除了譴責當地人以外,有機會也可以幫忙參加淨灘活動。

鼻頭漁港的海豹與垃圾。圖 / 作者提供。

最後也想特別討論一下,大家如果遇到不熟悉的野生動物該如何應對。每個人對於動物的認識程度不盡相同,總有機會遇到一些自己不認識的動物。建議大家如果遇到不認識的動物,首先務必保持冷靜、安靜,並仔細觀察,記下特徵;如果有機會,就拿出手機拍攝一些照片。取得照片後安靜的離開遭遇動物的現場,讓雙方皆留有一些空間,千萬不要試圖捕捉或者攻擊,除了有犯法之虞,也可能弄巧成拙反而被動物攻擊!

後續,你可以主動搜尋一些管道尋求辨識協助,比方如果你看到的是一隻不熟悉的青蛙,可以有禮的請教一下臺灣兩棲類動物保育協會,以此類推,就看你看到的是哪個類群動物,找相關團體請教即可。甚至,現在社群網路如此發達,你只要 po 在自己的版面上,就有人會幫忙轉貼至各大相關版面,進而獲得解答。你的照片,或許還有可能協助研究者有新的發現!

總之,先觀察、後拍攝,最後安靜離開,就是標準遭遇不熟野生動物的 SOP 囉!

當然最後還要補一句,可以跟上百年難得一見的港海豹來臺事件,真是高興!榮幸!萬幸!Cheers!

參考資料

  1. Monica Muelbert, William Don Bowen, Duration of lactation and postweaning changes in mass and body-composition of harbor seal, Phoca-Vitulina, pups, 2011

chungweiyou_96
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大家好,我最喜歡的類群是兩棲爬行類動物,但基本上對於所有動物的神奇和美麗都是無比嚮往。
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