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科学家希望头足类动物研究更人性化

        美国加州旧金山州立大学(SFSU)生物学家Robyn Crook说:“你在做手术,但你不知道这只动物是否还有感觉,或者你只是‘偷走了’它的反应能力。”研究章鱼、鱿鱼和其他头足类动物的研究人员经常面临这样的两难困境,在某些情况下,在实验室里研究这些生物存在伦理甚至法律挑战。但Crook现在已经证明,普通的酒精和氯化镁都是对该动物有效的麻醉剂——这对于研究头足类动物的科学家来说是至关重要的信息。

  头足类动物似乎不是理想的实验动物。它们都是海洋生物,所以需要复杂的海水系统维持它们的生命,而且它们不愿意待在原地——章鱼可以从微小的洞中逃脱,而乌贼则可以将自己从水箱中喷射出来。但是,它们独特的生物学和行为使其成为许多领域的研究人员不可或缺的研究对象。

  科学家利用海藻章鱼研究麻醉剂效果

  对乌贼巨轴突的研究在几十年前就催生了现代神经科学,而夏威夷短尾鱿鱼的光器官则在共生的宿主—微生物相互作用过程研究领域掀起了一场革命。今天,一些研究人员正在研究这些动物如何完成它们惊人的再生过程,而另一些研究人员则在生态毒理学研究中使用它们,甚至,头足类动物引导了意识起源研究。

  由于拥有复杂的大脑,头足类动物成为第一批受到实验室动物法律保护的无脊椎动物。1991年,加拿大动物保护委员会决定将脊椎动物护理标准扩展到头足类动物,这意味着研究人员必须对获得伦理认可才能进行研究,并且在可能的情况下,必须使用麻醉,来应对可能引起疼痛的手术。自那以后,英国、新西兰和澳大利亚一些州也通过了类似的规定。头足类动物权利的最大提升出现在2013年,当时一项欧盟范围的指令在28个成员国家的科研机构给予它们与脊椎动物相同的保护。

  意大利那不勒斯Anton Dohrn动物园头足类神经学家Graziano Fiorito提到,尽管新规定带来了障碍,但欧盟研究人员通常能继续他们的工作。“我们可以做任何科学上、逻辑上合理的研究。”他说。

  但一个关键的问题仍然存在:在头足类动物中广泛使用的麻醉药是否真的有效?

  大多数研究人员使用乙醇或氯化镁,因为它们能迅速使得头足类动物保持不动,但动物很快就会恢复,而不会产生持久的影响。但是瘫痪和麻醉是不一样的,之前头足类动物麻醉研究都使用了行为指标作为效果的衡量标准。Crook说,没有人能弄清这些动物是无意识的,还是依然感到疼痛。

  于是,在各种研讨会上,欧洲的研究人员都会提出加拿大莱斯布里奇大学头足类动物学家Jennifer Mather所称的“可怕的幽灵”理论,即这些药物可能仅仅是肌肉松弛剂,阻碍的是它们运动,而不是感觉。2017年,正在研究头足类神经系统对疼痛和损伤反应的Crook,参加完一个研讨会后,决心让这个“幽灵”休息一下。

  她的团队记录了三个头足类动物物种的神经信号:乌贼和两种章鱼。该实验技术依赖于外套神经,它位于头足类的外套腔内,能将信号从套膜传递到大脑。由于其外露和可接近性,科学家能将这些神经非侵入性地连接到一个电极上。即便如此,这个过程并不总是那么容易:“章鱼喜欢把电极拔出来。”合作者、SFSU的Samantha Brophy说。另一位SFSU的合作者Hanna Butler-Struben说,乌贼研究“就像和一只猫一起工作”,你不能强迫它做任何事。

  一旦电极被连接起来,研究组将麻醉剂添加到动物所处的海水中,然后在一定的时间间隔内轻轻捏紧它们的皮肤——这并不是一种痛苦刺激,但足以在有意识的动物体内产生神经信号。

  当被麻醉的动物失去了身体反应能力时,科学家想弄清那些标志着大脑感知能力的信号是否也消失了。结果显示,氯化镁和乙醇都在这3个物种中都通过了测试,例如氯化镁在15分钟左右切断了动物对刺激的生理反应,使其失去了感觉。

  “这让我们大开眼界,改变了我们在实验室的做法。”Crook说。乙醇能同时关闭头足类动物的运动和感觉——尽管在此之前,它会让动物感到紧张。

  该小组还测试了乙醚,它能麻醉,但恢复时间要长得多。这也会对研究人员产生危险,所以Crook团队建议不要使用它。另一个候选药物MS-222,未能在较低的剂量下引起麻醉,但更高的剂量是致命的。而在冷冻海水中洗个澡,也不会引起麻醉。

  这些发表在《生理学前沿》杂志上的数据,对许多科学家来说是一个可喜的解脱。“这是我们所需要的。”Mather说,“我关心我的动物,我想看到它们被妥善照顾。”

  头足类研究在美国并不受监管,但大多数研究人员,包括Crook,已经使用氯化镁或乙醇作为麻醉剂,但是否将其落实到官方规则正在讨论中。今年1月,实验室动物护理国际评估与认证协会提议改变其对“实验室动物”的定义,将头足类动物包括在内,但美国实验生物学协会联合会反对这一改变。

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[责任编辑:李鹭]
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