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有哪些神奇的动物?


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菲利普医生,野生外科医生/美短饲养者
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我要说的这种生物,它有很多特殊之处:

它是全球生物医学领域使用最广泛的实验动物之一,你会想到什么?

它是全球造成最严重物种灭绝危机的入侵物种之一,你会想到什么?

它是全球宠物市场最常见的物种之一,你会想到什么?

它是人类首次克隆成功的脊椎动物,没有之一,你会想到什么?

它甚至一度成为最精准的验孕工具,没有之一,这下是不是遇到了知识的盲区?

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现在给你一些提示——它是两栖动物(无尾目 - 负子蟾科),很长寿(有记载可长达 30 年),去过很多国家(目前全球各地的生物医学实验室都有饲养)。

学医的小伙伴可能已经猜到了,它就是非洲爪蟾

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曾经只是南非水塘里无忧无虑的小胖子

非洲爪蟾原产地是南非的湖泊和水塘,是一种完全水生的两栖动物。从卵到蝌蚪,再到成蛙,非洲爪蟾一生都在水中度过。(ps,它们的两栖动物远祖登陆改变了脊椎动物的历史,它们倒好,全给改回来了)甚至为了适应水生生活,还把鱼类的侧线结构又给“退化”出来了:

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所谓“爪蟾”,是因后足有爪方便掘泥而得名:

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其他蛙类的捕食技巧一般是跃起、从嘴里弹出舌头粘住猎物,然后两个前爪往嘴里送,像这样:

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但一直生活在水里,以小鱼小虾和昆虫为食的非洲爪蟾并没有可弹出的舌头,所以就会长开大嘴咬住猎物,然后两只手往嘴里塞。两栖动物祖先逆天改命登陆征服陆地的上肢,就这么彻底沦为吃饭的家伙啊喂!!

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吞不进去不用怕,两只前爪往里扒

南非淡水生态孕育了海量的小鱼小虾和无脊椎动物,所以非洲爪蟾几百万年来一直过着衣食丰足、无忧无虑的生活——它们爱吃的管够,人类又不爱吃它们。蛙生如此,夫复何求。

万万没想到,(雌性)非洲爪蟾成了验孕棒

故事还得从一个处处被排挤、颠沛流离的学者说起......

英国生物学家、遗传学家、医学统计学家兰斯洛特·霍格本(Lancelot Thomas Hogben,1895-1975)[1]是个传奇式的人物,他的立场和观点在那个时代是很有些格格不入的——娶了一个女权主义者,坚决反对社会达尔文主义和种族隔离制度,认为第一次世界大战非正义而拒服兵役并因此入狱,与社会主义者过从甚密......

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Lancelot Thomas Hogben,1895-1975

他的二十几岁在斗争中被处处排挤,在不同大学和学会间辗转,期间当过记者、讲师、创办过科学期刊(Journal of Experimental Biology,现在影响因子还有 3 分呢),所从事的科研领域也涉及到数学、动物学、遗传学、生理学,甚至还热心于社会活动......这简直就是个全才啊!

1927 年,32 岁的霍格本接受了南非开普敦大学动物学的职位,来到南非。舒舒服服过了几百万年的非洲爪蟾万万没想到,它们的好日子,到头了。

霍格本在研究激素生理学作用的过程中曾经尝试过将牛的垂体提取物注射到不同动物体内以观察动物生理状态的改变。当他来到南非准备大展拳脚的时候却苦于找不到合适的实验动物,直到他在水塘看见成群结队且非常容易捕捉的非洲爪蟾。

1930 年,霍格本为了证明孕妇的尿液中含有某种特殊的激素,收集了新鲜的孕妇尿液,将其注射到雌性非洲爪蟾皮下。几个小时以后,神奇的现象发生了——雌性非洲爪蟾排卵了。要知道,非洲爪蟾雌性只有在被雄性抱对时才会排卵。

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后来他又用其他几位孕妇的新鲜尿液重复了这一实验,结果依旧如此。这一现象通过通讯和论文扩散开来。有一位英国的医生用 150 位不同孕妇重复该实验,竟然发现完全没有一例出现假阳性,而且也仅有 3 例漏报的怀孕案例。也就是说,这个验孕方法非常准确——至少比当时主流的计算停经时间、体温曲线准确得多。

一位医生在写给霍格本同事的信件中说道:

“感谢您的学术报告在某女士身上产生的测孕效果。您或许很想知道:我们请了一名有多年经验的全科医生、一名专业的妇科专家,以及一只爪蟾,只有爪蟾是对的。”

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非洲爪蟾的奇幻漂流

随着非洲爪蟾验孕神迹流传开来,越来越多有验孕需求的医疗机构都在寻求引进繁殖非洲爪蟾。霍格本博士也非常大方,将他从南非带回英国并繁殖的非洲爪蟾慷慨赠送给多家医院和研究机构。

当时非洲爪蟾作为一种验孕工具人(蛙),相比此前用于验孕的小鼠、兔子而言有太多优势。因为当时人们也会将新鲜的孕妇尿液注射到雌性兔或者鼠身上,等待一段时间以后杀死老鼠或者兔子,然后观察其卵巢。如果发现卵巢上出现充血和卵泡形成则说明妇女怀孕,否则就是没怀孕。因为这种方法会将兔子杀死,所以一个工具人(兔)只能用一次。当时的欧美妇女会将孕检阳性结果委婉称为“兔子死了”(The rabbit died)。这种验孕方法也被称为“兔子测试”(The Rabbit Test)。

而非洲爪蟾则非常耐操,可以反复利用。注射完一位妇女的尿液排卵后只需要休息几天就可以再测试其他人。所以现在的人们或许无法想象,上世纪四五十年代有不少医院的检验科养着一缸蛤蟆:

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不过随着人们在孕妇尿液中成功分离出绒毛膜促性腺激素(hCG,human chorionic gonadotropin),并通过对动物免疫,获得了 hCG 抗体,并基于抗原抗体反应的新型验孕试剂。我们现在应用的验孕棒就是这个原理。非洲爪蟾作为验孕工具人(蛙)的历史使命终于告一段落。

有意思的是,最初为了验证 hCG 抗原抗体反应验孕的准确性,科研人员正是拿非洲爪蟾作为对照,才对这种新技术有了信心[2]

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越来越多医院和科研机构开始养殖非洲爪蟾,并且随着科研的赠与和交流,非洲爪蟾随着科研人员的脚步开始了奇幻漂流,走出南非,走向世界。作为两栖动物,其裸露的卵细胞非常巨大,所以可以很方便进行受精卵、早期胚胎领域的研究。而且蛙卵和胚胎外面没有子宫的遮挡,可以很直观观察胚胎发育。所以非洲爪蟾逐渐成为一种很理想的实验动物。当年霍格本博士带出南非的几十只非洲爪蟾怎么也想不到,它们这些在南非水塘嬉戏打闹的小胖子,怎么就成了科学研究的明星物种。

非洲爪蟾在生物医学领域的高光时刻无疑是成为第一种被克隆的脊椎动物:

1962 年,英国牛津大学英国发育生物学家约翰·格登(John Bertrand Gurdon)利用非洲爪蟾进行了一系列的核移植试验,当时的主要目的是研究不同发育时期胚胎细胞核的发育能力。他先用紫外线照射爪蟾卵细胞以破坏其细胞核。然后将爪蟾蝌蚪的不同部位体细胞核,植入上述处理过的卵细胞内。结果其中一少部分卵会开始分裂并可发育至一定时期。其中,利用蝌蚪小肠上皮细胞(如下图)作为核供体,通过连续核移植的办法,戈登成功获得少量蝌蚪,其中有几只成功发育成为成体爪蟾。这可能是世界上最早的克隆脊椎动物。这一结果轰动了科学界,充分证明了细胞核的全能性,也开创了脊椎动物克隆的时代[3]。戈登教授也因此荣获 2012 年诺贝尔生理学或医学奖。

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非洲爪蟾最近一次登上科学高峰是今年年初,来自佛蒙特大学的研究人员利用非洲爪蟾胚胎分化的表皮细胞和心肌细胞,通过计算机辅助构型制造的可编程生化机器人。这些微米级别的小家伙可以被设计成可定向运动的“生化机器人”。我在先前的回答中做过介绍,欢迎扩展阅读:

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全球首个用青蛙细胞制造的「活体机器人」诞生,有怎样的意义?

蛙壶菌的奇幻漂流

霍格本博士带着非洲爪蟾开启了一段奇幻漂流,而他和非洲爪蟾都不知道的是,一种肉眼不可见的小家伙搭着非洲爪蟾的便车,一道走出南非走向全球。而且这个小家伙到目前为止已经让世界上好几种蛙类灭绝或者濒临灭绝,造成了最惨烈的全新世灭绝事件之一。

它就是蛙壶菌(Batrachochytrium dendrobatidis

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这些小家伙会通过蛙类破损的皮肤定植,并引起蛙类皮肤溃烂,直至严重感染夺走它们的生命:

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为什么蛙壶菌和非洲爪蟾可以长时间相安无事呢?

有一种观点是蛙壶菌和非洲爪蟾已经在漫长的演化过程中互相适应,彼此依存,谁也不会把对方弄死,大家相安无事了几百万年。但走出南非走向世界的蛙壶菌可不认识当地的蛙类,当地蛙类也对蛙壶菌完全没有免疫力,所以蛙壶菌已经在世界范围内造成了多种蛙类的灭绝。

有些研究指出,那些在蛙壶菌淫威之下勉强苟活的蛙类体表还生存着兰黑紫色杆菌,这些细菌会生产抗真菌的化合物,如吲哚 -3- 甲醛和紫色杆菌素,这些化合物只需要极低剂量就足以阻碍蛙壶菌的生长。这其实和人类提取青霉菌代谢产物青霉素抵抗细菌感染几乎如出一辙。

无论非洲爪蟾为人类的医学事业做了多少贡献,它对于原产地南非以外的许多国家都属于入侵物种。如果当地青蛙恰好没有抵抗力,比如我国的林蛙、美国黄腿山蛙,还有诸如南方双带河溪螈、杰斐逊钝口螈、三锯拟蝗蛙、蟋蟀雨蛙、霍氏锄足蛙、南方豹蛙、里奥格兰德豹蛙及撒丁山螈这些两栖动物,就只能自求多福了。

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生活在在加拿大英属哥伦比亚蟾蜍山(Toad Mountain)的斑蟾(Atelopus)正面临着蛙壶菌的威胁,现已处于濒危状态

So......当你下次再路过花鸟鱼虫市场,看到被染成五颜六色的小彩蛙,可以考虑买一只带回家饲养。万一,哪天就用上了呢......

提醒:非洲爪蟾要一岁左右才能达到性成熟,所以,买来的工具蛙请耐心饲养一年:)

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