科学家希望头足类动物研究更人性化

科学家用海藻章鱼研究麻醉效果。来源:ALEX芥末

加州圣弗朗西斯科州立大学(SFSU)的生物学家罗宾·克鲁克说:“你正在做手术，但你不知道动物是否还有感觉，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困境。在某些情况下，在实验室研究这些生物会面临伦理甚至法律的挑战。但是克鲁克现在已经证明普通酒精和氯化镁对动物都是有效的麻醉剂——这对于研究头足类动物的科学家来说是至关重要的信息。

头足类似乎不是理想的实验动物。它们都是海洋生物，所以它们需要复杂的海水系统来维持生命，它们不想呆在原地——章鱼可以从小洞中逃脱，而鱿鱼可以从水箱中喷出来。然而，它们独特的生物学和行为使它们成为许多领域研究人员不可或缺的研究对象。

几十年前，对鱿鱼巨大轴突的研究催生了现代神经科学，而夏威夷短尾鱿鱼的光器官则彻底改变了共生宿主-微生物相互作用的研究。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，而另一些人则在生态毒理学研究中使用它们。甚至头足类动物也引领着意识起源的研究。

由于其复杂的大脑，头足类成为第一个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，这意味着研究人员在进行研究之前必须获得伦理认可，并且在可能的情况下，必须使用麻醉来处理可能导致疼痛的手术。此后，英国、新西兰和澳大利亚的一些州也通过了类似的法规。头足类权利的最大改善发生在2013年，当时一项EU-范围的指令给予28个成员国的科研机构与脊椎动物一样的保护。

意大利那不勒斯antonhren动物园的头足类神经学家Graziano Fiorito提到，尽管新法规带来了障碍，欧盟研究人员通常能够继续他们的工作。"我们可以做任何科学和逻辑研究."他说。

然而，一个关键问题仍然存在:在头足类动物中广泛使用的麻醉剂真的有效吗？

大多数研究人员使用乙醇或氯化镁，因为它们可以快速保持头足类动物不动，但动物很快就会恢复，不会有持久的影响。然而，麻痹不同于麻醉，在以前的头足类动物麻醉研究中，行为指标已被用作有效性的衡量标准。克鲁克说，没有人能发现这些动物是昏迷还是仍然感到疼痛。

因此，在各种研讨会上，欧洲研究人员将提出加拿大莱斯布里奇大学的头足类动物学家詹妮弗·马瑟(Jennifer Mather)所称的“可怕的幽灵”理论，即这些药物可能只是肌肉松弛剂，它们阻碍的是运动而不是感觉。2017年，正在研究头足类动物神经系统对疼痛和伤害的反应的克鲁克，在参加了一个研讨会后，决定让“幽灵”休息一下。

她的团队记录了三种头足类动物的神经信号:鱿鱼和两只章鱼。这项实验技术依赖于位于头足类动物外套膜腔中的外套膜神经，它可以将信号从外套膜传递到大脑。由于它们的暴露性和易接近性，科学家可以将这些神经非侵入性地连接到电极上。尽管如此，这个过程并不总是容易的:“章鱼喜欢拔掉电极。”合作者、SFSU的萨曼莎·布罗菲说。另一位SFSU合作者汉娜·巴特勒-斯特鲁本说，鱿鱼研究“就像和猫一起工作”，你不能强迫它做任何事情。

一旦电极连接起来，研究小组就在动物所处的海水中加入麻醉剂，然后在一定的时间间隔轻轻捏住它们的皮肤——这不是一个痛苦的刺激，但足以在有意识的动物身上产生神经信号。

当被麻醉的动物失去身体的反应能力时，科学家想知道标志大脑感知能力的信号是否也消失了。结果表明，氯化镁和乙醇都通过了这三种物质的测试。例如，氯化镁在大约15分钟内切断动物对刺激的生理反应，使其失去知觉。

"这打开了我们的眼界，改变了我们在实验室的实践."克鲁克说。乙醇可以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，它可以麻醉，但需要更长的时间来恢复。这也会对研究人员构成危险，所以克鲁克团队建议不要使用它。另一种候选药物，MS-222，在较低剂量下不能诱导麻醉，但较高剂量是致命的。然而，在冰冻的海水中洗澡不会导致麻醉。

这些发表在《生理学前沿》杂志上的数据让许多科学家松了一口气。“这就是我们需要的。”马瑟说，“我关心我的动物。我希望看到他们得到照顾。”

美国没有对头足类动物的研究进行监管，但包括克鲁克在内的大多数研究人员已经使用氯化镁或乙醇作为麻醉剂，但是否将其纳入官方规定仍在讨论之中。今年1月，国际实验动物护理评估和认证协会提议改变其“实验动物”的定义，以包括头足类动物，但美国实验生物学协会联合会反对这一改变。(张张编)