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今年 4 月，搭载六条斑马鱼(bānmǎyú)的神舟二十号进入太空，抵达中国空间站，相关(xiāngguān)科学实验正式启动。

空间失重给宇航员的(de)心血管系统(xìtǒng)、骨骼系统带来多种潜在风险，失重性骨丢失（指骨组织在微重力条件下发生的骨量减少和骨密度降低等）及心肌重塑（指心脏(xīnzàng)在结构或功能上对环境变化作出的适应性或病理性重构）是制约人类开展深空探索的重要医学问题之一。这六条斑马鱼(bānmǎyú)将(jiāng)帮助科学家研究(yánjiū)失重环境下的骨丢失和心肌重塑机制。作为与人类基因组相似度高达 70%~80% 的模式生物，斑马鱼在此次的重要研究中扮演了关键角色(juésè)。

此次参与实验(shíyàn)的斑马鱼在小型(xiǎoxíng)受控实验单元内活动 图片来源：华南理工大学

那么，除了斑马鱼，还有哪些生物也(yě)成为了科学探索的“代表”？为什么它们能被选中？又带来了哪些重要发现(fāxiàn)呢？

在生命科学研究(kēxuéyánjiū)中，科学家们往往无法(wúfǎ)直接在人体或复杂生态系统中开展实验。为了揭示生物基本规律，探索生命现象的本质，就需要选择一些代表性强、实验操作简便的生物体(shēngwùtǐ)。这些被广泛应用于科学研究，能够为理解其他生物（尤其是人类(rénlèi)）提供普遍性(pǔbiànxìng)参考的生物体，就被称为模式生物。

常用的(de)模式生物 图片来源：作者使用AI生成

模式生物(shēngwù)具有一系列理想特性：体积小、繁殖快、生命周期短、基因组清晰、易于(yìyú)开展遗传相关的(de)操作，且(qiě)生物学特性与研究对象具有一定程度的相似性。通过研究这些生物，科学家们可以在相对可控、可重复的条件下，深入分析基因功能、发育机制、疾病成因(chéngyīn)等生命科学关键问题。

常用的模式生物(shēngwù)有哪些？

随着生命科学研究的不断深入，不同领域的科学家根据各自研究目标，逐步建立起了一套(yītào)多样化的模式生物(shēngwù)体系。这些生物在遗传学、发育生物学、神经科学等领域发挥(fāhuī)了不可替代的作用。以下是当前最(zuì)常用的一些模式生物：

果蝇（Drosophila melanogaster）：体型小、繁殖快、遗传背景清晰，是研究遗传规律和发育过程(guòchéng)的经典模型。科学家摩尔根正是利用果蝇，首次证实(zhèngshí)了基因位于(wèiyú)染色体上。

小鼠(xiǎoshǔ)（Mus musculus）：与(yǔ)人类基因组高度相似，且易于进行基因敲除和转基因操作。广泛应用于肿瘤学、免疫学、神经科学及代谢(dàixiè)疾病研究，是哺乳动物中最重要的模式动物之一。

线虫（Caenorhabditis elegans）：体透明、细胞数目(shùmù)固定，适合追踪细胞发育和死亡过程(guòchéng)。通过对(duì)线虫的研究，科学家揭示出程序性(chéngxùxìng)细胞死亡（Apoptosis）的分子机制。

斑马鱼（Danio rerio）：胚胎发育过程透明可见，且繁殖量大，适用于(yú)研究器官发育、心血管(xīnxuèguǎn)疾病及药物筛选，近年来在空间生物学领域也(yě)得到广泛应用。

酵母（Saccharomyces cerevisiae）：单细胞真核生物，生命周期短，是研究细胞周期、基因(jīyīn)表达(biǎodá)调控(tiáokòng)及基础代谢机制的关键模型。相关研究多次获得诺贝尔奖。

拟南芥（Arabidopsis thaliana）：体型小、生命周期短、基因组小且已完成测序，是植物(zhíwù)生物学、基因调控与(yǔ)环境响应研究的首选(shǒuxuǎn)模式植物。

水稻（Oryza sativa）：全球重要的粮食作物，同时也(yě)是植物功能基因组研究的重要模型(móxíng)，为作物改良与农业生物技术发展提供(tígōng)了丰富的研究资源。

玉米（Zea mays）：具有(jùyǒu)复杂的遗传特性和大型基因组，常用于研究遗传变异、基因互作及作物育种机制(jīzhì)。

通过这些(zhèxiē)模式生物，科学家们可以在实验室条件下(xià)模拟和探索人类及其他物种的生命现象，从而加速理论发现与技术创新。

这些生物为什么被选为模式(móshì)生物？

在多样的生物(shēngwù)(shēngwù)中，被选为模式生物的仅是极少数。它们之所以脱颖而出，既源于自然特性，也得益于长期科学实践的筛选与积累。总结(zǒngjié)来看，模式生物通常具备以下几个核心优势：

模式生物普遍体型小巧、养殖条件简单、成本低廉，便于(biànyú)在实验室大规模(dàguīmó)饲养(sìyǎng)与观察。例如，果蝇和线虫可以在极短时间内繁殖大量个体，显著提高实验效率。

快速(kuàisù)的生命周期意味着(yìwèizhe)可以在短时间内观察到(dào)多个世代的遗传变异与表型变化。这为研究遗传学规律、突变效应及发育过程(guòchéng)提供了极大的便利。例如，斑马鱼从受精到形态发育完成仅需数天，成为理想的发育生物学模型。

模式生物的基因组通常较小，且大多已经被完整测序(cèxù)。比如，拟南芥是最早完成(wánchéng)基因组测序的植物之一，小鼠也(yě)已被发现与人类基因组具有(jùyǒu)高度同源性。这使得研究者能够在相应的模式生物身上精确定位基因功能，开展基因编辑和系统生物学分析。

易于(yìyú)进行与遗传相关的操作

模式(móshì)生物通常具备高度成熟的遗传学工具，例如小鼠的基因敲除技术、斑马鱼的 CRISPR-Cas9 基因编辑系统。通过对特定基因的操控，科学家可以(kěyǐ)模拟(mónǐ)疾病、筛选(shāixuǎn)药物靶点，甚至探索基因调控网络的奥秘。

与(yǔ)人类具有生物学相似性

尽管物种不同，但模式生物的许多基本生物学过程和人类(rénlèi)都显著相近。例如，线虫体内的细胞凋亡机制与人类高度(gāodù)相似，小鼠的免疫系统也能(néng)在一定程度上模拟人类的免疫反应。这种生物学相似性使得模式生物成为理解复杂生命现象、探索疾病机理的重要(zhòngyào)桥梁。

模式(móshì)生物之所以在(zài)科学(kēxué)史上占据重要地位，源于它们曾经帮助人类揭示了生命的基本规律。以下是几种具有代表性的基于模式生物的重要科学发现。

20 世纪初(chū)，托马斯·亨特·摩尔根（Thomas Hunt Morgan）利用果蝇(guǒyíng)开展遗传学研究，通过追踪果蝇眼睛颜色等可见性状的遗传规律，首次(shǒucì)证明了基因是以线性(xiànxìng)方式排列在染色体上的。这一发现奠定了现代遗传学的基础，他也因此(yīncǐ)获得 1933 年诺贝尔生理学或医学奖。

作为哺乳动物中的(de)典型模式生物，小鼠因其基因组与人类高度相似，被广泛用于疾病模型建立。特别是(shì)在癌症和免疫疾病研究领域，通过基因敲除小鼠模型，科学家发现了如 p53 肿瘤抑制基因等关键(guānjiàn)分子，大幅推动了肿瘤发生机制和治疗(zhìliáo)策略的理解与发展。

线虫(xiànchóng)以其(qí)细胞数量(shùliàng)固定、体透明等特性，成为发育生物学的(de)(de)重要模型(móxíng)。悉尼·布伦纳（Sydney Brenner）、约翰·苏尔斯顿（John Sulston）和罗伯特·霍维茨（Robert Horvitz）通过研究线虫，首次揭示了程序性细胞死亡（Apoptosis）的分子机制。这一成果不仅获得(huòdé) 2002 年诺贝尔生理学或医学奖，也为后续肿瘤、神经退行性疾病等领域的研究提供了重要基础。

2002 年(nián)诺贝尔生理学或医学奖(yīxuéjiǎng)获得者 图片来源：Nobelprize.org

为什么越来越多(duō)科学家

提倡多模式(móshì)生物联用？

在早期生命科学研究中，单一模式生物已能解答很多基础问题。然而(ránér)，随着(suízhe)研究深入，科学家逐渐认识到，生命现象的复杂性(fùzáxìng)远超预期，仅依赖一种模式生物往往(wǎngwǎng)难以全面揭示生物机制。因此，多模式生物联用，正成为现代生物医学和生命科学研究的重要趋势。

不同模式生物虽然各具优势，但也不可避免地(dì)存在各自的局限。例如，果蝇适合(shìhé)遗传(yíchuán)筛选，却难以模拟哺乳动物免疫系统；小鼠可用于肿瘤研究，但在部分神经(shénjīng)发育过程上与人类存在差异。因此，单一物种很难覆盖所有研究需求。

许多生命现象，如神经系统发育、免疫调控、代谢疾病机制等，涉及多层次的生理与分子网络。通过在不同模式生物中重复验证，可以排除物种特异性影响，增强研究结论的广泛适用性和可信度。例如，某基因突变(jīyīntūbiàn)导致的细胞凋亡现象，若能对线虫、小鼠和斑马鱼(bānmǎyú)都进行(jìnxíng)观察(guānchá)并得出结论，其生物学(shēngwùxué)意义将更具普遍性。

在今天的(de)生命(shēngmìng)科学研究中，不同的模式生物不再是孤立(gūlì)应用，而(ér)是构成了互为补充、相互验证的研究体系。科学家们正通过这种“多模式联用”的策略，力求在纷繁复杂的生命谜题中，找到更加准确而深刻的答案。

从地面实验室到浩瀚太空，模式生物一直是人类探索(tànsuǒ)生命(shēngmìng)奥秘的重要桥梁。它们以自身的特性，推动着遗传学、发育生物学、神经科学、医学与农业(nóngyè)等领域的飞速发展。

然而，生命的复杂性远超任何单一物种所能承载(chéngzài)的范围。正(zhèng)因如此，科学家们正不断丰富模式生物的体系，联用(liányòng)多种模型，力求通过对(duì)不同模式生物的研究尽可能还原生命的全貌，并在此基础上，破解更多科学难题及生命奥秘。

作者丨(gǔn)Denovo团队