模式动物的重要性

模式生物来自生命的所有的动物、植物和微生物，也包括病毒。最广泛研究的原核模式生物是大肠杆菌，它已经被深入研究了60多年。这是一种常见的革兰氏阴性肠道细菌，可以在实验室环境中简单并且低成本的培养。它是分子遗传学中应用最广泛的生物，也是生物技术和微生物学领域中的一个重要物种，在大部分重组DNA的研究中，它一直是作为最主要受体生物简单的真核生物模型包括面包酵母(酿酒酵母)和裂变酵母(粟酒裂殖酵母)，两者都与高等细胞(包括人类细胞)有许多共同的特征。例如，在酵母中发现了许多对癌症发展至关重要的细胞分裂基因。莱茵衣藻是一种单细胞绿藻，具有良好的遗传学研究价值，用于研究光合作用和运动性。莱茵衣藻有许多已知的、标记的的突变体和表达的序列标签，并且有成熟的遗传转化和基因选择方法。盘网柄菌用于分子生物学和遗传学，并作为细胞通讯、分化和程序性细胞死亡的一个例子进行研究。

在无脊椎动物中，果蝇作为托马斯·亨特·摩尔根等人的遗传学实验对象而闻名。它们易于在实验室培育，世代迅速，繁殖力高，染色体少，容易诱导可观察到的突变。 秀丽隐杆线虫用于研究发育和生理的遗传控制。悉尼·布雷内在1963年首次提出它作为神经元发育的模型，并从那时起在许多不同的环境中被广泛使用。 秀丽隐杆线虫是第一个基因组完全测序的多细胞生物，截至2012年，是唯一完成连接体(神经元“接线图”)的生物。拟南芥是目前最受欢迎的模式植物。它身材矮小，世代时间短，便于快速的遗传研究， 并且许多表型和生化突变体已被标记。拟南芥是第一种被测序的植物。在脊椎动物中，豚鼠(Cavia porcellus)被罗伯特·科赫和其他早期细菌学家用作细菌感染的宿主，成为“实验动物”的代名词，但在今天不太常用。经典的脊椎动物模型目前是老鼠(Mus musculus)。小鼠存在许多近交系，以及为特定特征选择的系，这些特征通常是医学研究所需要的，例如身体大小、肥胖程度、肌肉发达程度和自主车轮运动行为。大鼠(Rattus norvegicus)作为毒理学模型和神经系统模型以及原代细胞培养源特别有用，因为其器官和器官下结构相对于小鼠更大，而热带爪蟾和非洲爪蟾(非洲爪蟾)的卵和胚胎用于发育生物学、细胞生物学、毒理学和神经科学。 同样，斑马鱼(Danio rerio)在早期发育过程中的身体近乎透明，在此期间可以直接观察动物内部独特的解剖结构。斑马鱼用于研究发育、毒理学和毒理学， 特异性基因功能和信号通路。其他重要的模式生物及其一些用途包括:T4噬菌体(病毒感染)、嗜热四膜虫(细胞内过程)、玉米(转座子)、水螅(再生和形态发生)、 猫(神经生理学)、鸡(发育)、狗(呼吸和心血管系统)、弗氏假鳃鳉(衰老) 和非人灵长类动物如恒河猴和黑猩猩(肝炎、艾滋病毒、帕金森氏病、认知和疫苗)。选定的模式生物下面的生物已经成为模式生物，因为它们促进了对某些生命特征的研究，或者因为它们的遗传易获得性。例如，大肠杆菌是第一批开发出诸如转化或基因操作等遗传技术的生物之一。所有模式物种的基因组已经测序，包括它们的线粒体/叶绿体基因组。模式生物数据库的存在为研究人员提供了一个下载序列(DNA、RNA或蛋白质)或获取特定基因功能信息的入口，例如基因产物的亚细胞定位或其生理作用。模型有机体俗名非正式分类用法（示例）病毒Phi X 174病毒进化进化大肠杆菌细菌细菌遗传学，新陈代谢真核生物，单细胞盘状网柄菌细菌酿酒酵母酵母细胞分裂、细胞器等。粟酒裂殖酵母酵母细胞周期，胞质分裂，染色体生物学，端粒，DNA代谢，细胞骨架组织，工业应用莱茵衣藻海藻嗜热四膜虫纤毛虫赫氏圆石藻浮游生物真核生物，多细胞秀丽隐杆线虫虫分化、发育果蝇果蝇昆虫发育生物学，人脑退行性疾病四纹豆象豇豆象甲昆虫发育生物学拟南芥水芹开花植物小立碗藓铺开土苔苔藓脊椎动物斑马鱼斑马鱼鱼胚胎发育加拿大底鳉底鳉鱼弗氏假鳃鳉弗氏假鳃鳉鱼衰老、疾病、进化青鳉日本米鱼鱼变色龙变色蜥爬行动物爬行动物生物学，进化小家鼠家鼠哺乳动物人类疾病模型原鸡红色丛林猫头鹰鸟胚胎学发育和器官发生非洲爪蟾(注:热带爪蟾)v两栖动物胚胎发育局限性许多在生物医学研究中作为试验对象的动物模型，如大鼠和小鼠，可能选择性地久坐、肥胖和葡萄糖耐受不良。这可能会混淆它们在模拟人体代谢过程和疾病中的应用，因为这些过程和疾病会受到饮食能量摄入和锻炼的影响。 同样，尽管基因组功能的基本原理可能是相同的， 但是模式生物和人类的免疫系统存在差异，这会导致模式生物对刺激的反应发生显著变化。随机误差一些研究表明，动物试验中出版的数据不足可能导致研究不可复制，关于实验如何进行的细节会从出版的论文中省略以及在试验中的差异会引入偏差。隐藏偏差的例子包括加拿大蒙特利尔麦吉尔大学2014年的一项研究，该研究表明，由雄性比雌性处理的老鼠表现出更高的压力水平。2016年的另一项研究表明，小鼠肠道微生物群可能会对科学研究产生影响。替代性伦理问题，以及动物研究的成本、维护和相对低效鼓励了疾病研究的替代方法的发展。细胞培养或体外研究提供了一种保存活细胞生理学的替代方法，因此不需要牺牲动物来进行机理研究。人类诱导型多能干细胞也可以阐明理解癌症和细胞再生的新机制。成像研究(如核磁共振成像或正电子发射断层扫描)能够对人体进行无创研究。遗传学和基因组学的最新进展可以识别疾病相关基因，这些基因可以作为治疗的靶标。然而，在研究疾病病理学或治疗中复杂的相互作用时，最终没有生物可以替代。伦理学关于动物在研究中的伦理使用的争论至少可以追溯到1822年，当时英国议会颁布了第一部防止虐待牛的动物保护法。 随后是1835年和1849年的《虐待动物法》，该法将虐待、过度驾驶和折磨动物定为犯罪。1876年，在国家反活体解剖协会的压力下，对《虐待动物法》进行了修订，纳入了关于在研究中使用动物的规定。这项新法案规定:1)实验必须被证明对指导、拯救或延长人类生命是绝对必要的；2)动物必须被适当麻醉；实验一结束，动物就必须被杀死。今天，这三个原则是管理动物使用和研究的法律和指导方针的核心。在美国，1970年的《动物福利法》(另见《实验动物福利法》)为动物在研究中的使用和护理设定了标准。这项法律是由动植物检疫局的动物保护计划执行的。国家卫生研究院资助用于动物研究的学术机构由国家卫生研究院实验动物福利办公室(OLAW)管理。在每一个站点，OLAW的指导方针和标准都由一个叫做机构动物护理和使用委员会的地方评审委员会(IACUC)来执行。所有涉及活体动物的实验室实验都由该委员会审查和批准。除了证明对人类健康有益、痛苦和痛苦最小化以及及时人道的安乐死的原则之外，实验者还必须根据替换、减少和改进的原则证明他们的方案是合理的。替代指的是致力于尽量不使用动物替代物。这包括使用计算机模型、非生物组织和细胞，尽可能用“低级”动物(如冷血动物、无脊椎动物、细菌)代替“高级”动物(灵长类和哺乳动物)。减少是指尽量减少实验过程中使用的动物数量，以及防止不必要的重复之前的实验。为了满足这一要求，具有统计作用的数学计算被用来确定可用于获得统计上显著的实验结果的动物的最小数量。改进是指努力使实验设计尽可能无痛和有效，以尽量减少每个动物受试者的痛苦。