科學家希望頭足類動物研究更人性化

科學家利用海藻章魚研究麻醉劑效果。圖片來源：ALEX MUSTARD

美國加州舊金山州立大學（SFSU）生物學家Robyn Crook說：「你在做手術，但你不知道這隻動物是否還有感覺，或者你只是『偷走了』它的反應能力。」研究章魚、魷魚和其他頭足類動物的研究人員經常面臨這樣的兩難困境，在某些情況下，在實驗室里研究這些生物存在倫理甚至法律挑戰。但Crook現在已經證明，普通的酒精和氯化鎂都是對該動物有效的麻醉劑——這對於研究頭足類動物的科學家來說是至關重要的信息。

頭足類動物似乎不是理想的實驗動物。它們都是海洋生物，所以需要複雜的海水系統維持它們的生命，而且它們不願意待在原地——章魚可以從微小的洞中逃脫，而烏賊則可以將自己從水箱中噴射出來。但是，它們獨特的生物學和行為使其成為許多領域的研究人員不可或缺的研究對象。

對烏賊巨軸突的研究在幾十年前就催生了現代神經科學，而夏威夷短尾魷魚的光器官則在共生的宿主—微生物相互作用過程研究領域掀起了一場革命。今天，一些研究人員正在研究這些動物如何完成它們驚人的再生過程，而另一些研究人員則在生態毒理學研究中使用它們，甚至，頭足類動物引導了意識起源研究。

由於擁有複雜的大腦，頭足類動物成為第一批受到實驗室動物法律保護的無脊椎動物。1991年，加拿大動物保護委員會決定將脊椎動物護理標準擴展到頭足類動物，這意味著研究人員必須對獲得倫理認可才能進行研究，並且在可能的情況下，必須使用麻醉，來應對可能引起疼痛的手術。自那以後，英國、紐西蘭和澳大利亞一些州也通過了類似的規定。頭足類動物權利的最大提升出現在2013年，當時一項歐盟範圍的指令在28個成員國家的科研機構給予它們與脊椎動物相同的保護。

義大利那不勒斯Anton Dohrn動物園頭足類神經學家Graziano Fiorito提到，儘管新規定帶來了障礙，但歐盟研究人員通常能繼續他們的工作。「我們可以做任何科學上、邏輯上合理的研究。」他說。

但一個關鍵的問題仍然存在：在頭足類動物中廣泛使用的麻醉藥是否真的有效？

大多數研究人員使用乙醇或氯化鎂，因為它們能迅速使得頭足類動物保持不動，但動物很快就會恢復，而不會產生持久的影響。但是癱瘓和麻醉是不一樣的，之前頭足類動物麻醉研究都使用了行為指標作為效果的衡量標準。Crook說，沒有人能弄清這些動物是無意識的，還是依然感到疼痛。

於是，在各種研討會上，歐洲的研究人員都會提出加拿大萊斯布里奇大學頭足類動物學家Jennifer Mather所稱的「可怕的幽靈」理論，即這些藥物可能僅僅是肌肉鬆弛劑，阻礙的是它們運動，而不是感覺。2017年，正在研究頭足類神經系統對疼痛和損傷反應的Crook，參加完一個研討會後，決心讓這個「幽靈」休息一下。

她的團隊記錄了三個頭足類動物物種的神經信號：烏賊和兩種章魚。該實驗技術依賴於外套神經，它位於頭足類的外套腔內，能將信號從套膜傳遞到大腦。由於其外露和可接近性，科學家能將這些神經非侵入性地連接到一個電極上。即便如此，這個過程並不總是那麼容易：「章魚喜歡把電極拔出來。」合作者、SFSU的Samantha Brophy說。另一位SFSU的合作者Hanna Butler-Struben說，烏賊研究「就像和一隻貓一起工作」，你不能強迫它做任何事。

一旦電極被連接起來，研究組將麻醉劑添加到動物所處的海水中，然後在一定的時間間隔內輕輕捏緊它們的皮膚——這並不是一種痛苦刺激，但足以在有意識的動物體內產生神經信號。

當被麻醉的動物失去了身體反應能力時，科學家想弄清那些標誌著大腦感知能力的信號是否也消失了。結果顯示，氯化鎂和乙醇都在這3個物種中都通過了測試，例如氯化鎂在15分鐘左右切斷了動物對刺激的生理反應，使其失去了感覺。

「這讓我們大開眼界，改變了我們在實驗室的做法。」Crook說。乙醇能同時關閉頭足類動物的運動和感覺——儘管在此之前，它會讓動物感到緊張。

該小組還測試了乙醚，它能麻醉，但恢復時間要長得多。這也會對研究人員產生危險，所以Crook團隊建議不要使用它。另一個候選藥物MS-222，未能在較低的劑量下引起麻醉，但更高的劑量是致命的。而在冷凍海水中洗個澡，也不會引起麻醉。

這些發表在《生理學前沿》雜誌上的數據，對許多科學家來說是一個可喜的解脫。「這是我們所需要的。」Mather說，「我關心我的動物，我想看到它們被妥善照顧。」

頭足類研究在美國並不受監管，但大多數研究人員，包括Crook，已經使用氯化鎂或乙醇作為麻醉劑，但是否將其落實到官方規則正在討論中。今年1月，實驗室動物護理國際評估與認證協會提議改變其對「實驗室動物」的定義，將頭足類動物包括在內，但美國實驗生物學協會聯合會反對這一改變。（張章編譯）

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