戊戌年即將到來，讓我們盤點一下那些與狗有關的科研

農曆丁酉年將過，戊戌年將來——送「雞」迎「狗」到。狗在科學技術的發展中佔據了非常重要的位置，比如在生命科學研究中，狗是重要的實驗動物。生物學，仿生學、人工智慧、考古、心理學……狗不僅是人類的好朋友，更是科學發展的功臣。狗年將至之時，我們邀請幾位科學家來聊聊——

狗的進化

作者：鄧濤（中國科學院古脊椎動物與古人類研究所副所長、研究員）

人類與狗的關係可以追溯到遙遠的年代，因此科學家和普通大眾都對狗的生物學及演化歷史倍感興趣。大型家養動物與人類文明的興衰有關，甚至是一個決定性的因素，因為家養動物是人類食物、勞力、運輸和服裝這些社會必需品的至關重要的來源。在人類的發展進程中，合適的家養動物常常具有勢不可擋的優勢。狗作為人類的第一種馴化動物，極大地改變了人類的生活方式。近年來，考古發現不斷將這種人類最早馴化的動物推向更早的時期，而分子生物學證據讓其最初被馴化的地點被重新認識。

在動物分類學上，狗是屬於食肉目的動物。食肉目動物從4000多萬年前的始新世一直到現代都佔據著優勢，可以進一步分為三類，即狗形類、貓形類和鰭腳類。狗形類包括狼、熊、浣熊、熊貓、鼬、貂、獾和水獺等；鬣狗卻並不是狗的親戚，而是與靈貓、貓、獅、虎和豹等一道屬於貓形類；海狗也不屬於狗形類，它與海豹、海象和海獅等海生食肉動物一樣，都是鰭腳類的成員。

狗的祖先從漸新世的小型黃昏犬經過一系列中間類型演變成現代的狼，在第四紀達到了最大的繁盛期。狼和狗按分類地位歸入食肉目犬科犬屬中，因此狗也被稱為家犬。犬屬由被稱為始犬的動物演化而來，在中國山西榆社盆地500萬年前的上新世地層中就發現了保存很好的始犬化石。

狗和狼是什麼關係

一些人認為狼和狗是兩個不同的物種，但多數分類學家認為狗只是灰狼的一個亞種，即狗和狼之間沒有生殖隔離，可以雜交出有正常繁殖能力的後代。那麼人類是什麼時候把狼馴化成了狗呢？在不同的科學家中至今沒有達成統一的意見。

有研究線粒體DNA的科學家發現，狗和狼在10萬年前分成兩個不同的物種。如果這是真的，人類在其中似乎沒有起到什麼作用，因為還沒有任何證據顯示人類在如此久遠的時代有馴化動物的能力。

不過，同樣是分子生物學家，中國科學院張亞平院士課題組的研究人員利用二代測序技術，對采自世界各地的12隻灰狼、27隻土狗和19隻不同品種犬進行了全基因組測序，利用群體遺傳學的各種手段對家犬的遺傳多樣性、群體結構和群體歷史等進行了深入研究。根據他們的分析結果推斷，狗是在約3.3萬年前開始在東亞的南部地區逐漸被人類馴化，與人類共同生活了很長時間後，於1.5萬年前開始向中東、非洲和歐洲等地遷徙擴散，並在約1萬年前到達歐洲地區。其後，這些遷徙出亞洲的家犬群體中的一個支系又向東遷徙，在東亞北部與當地家犬群體雜交形成了一系列混合群體，並在其後隨人類遷往美洲地區。這一結果顯示，狗在亞洲被馴化，歐洲的狗是從亞洲遷徙過去的。

但考古發現卻並不支持這一結論。在中國發現的狗的遺存最早不超過9000年的歷史，其地點在河南省舞陽縣的賈湖遺址。但在德國的一個距今1.4萬年前的遺址中，考古學家發現狗和人合葬在一起，因此狗被認為是在歐洲被馴化，然後被帶到亞洲來的，再隨印第安人遷徙到美洲。在美國猶他州一處洞穴里發現的美洲最早的埋葬狗的遺址距今1.1萬年，似乎也說明這個傳播路線是可能的。

狗為什麼是最早馴化的動物

這個問題或許與早期人類的狩獵-採集生活方式有關。狗可以幫助人們狩獵，擔任放哨的職責，而那個時期人類還沒有學會放牧，因此那些家畜還沒有馴化出來。與人的關係對狗來說是有好處的，它們能得到人的保護，最重要的是有了比較穩定的食物來源。

但是在那麼多食肉動物中，人為什麼會選中狼來進行馴化呢？一開始，可能有狼跟著獵人撿一點剩下的食物和骨頭。於是，一些看起來威脅性不大的狼，尤其是它們的幼仔被人們收養並繁衍後代，由此開啟了馴化的過程。狼的雜食性也是人類選擇它們的原因，例如像大型貓科動物這種純肉食類型，人類是很難滿足其食慾的。對於食性更雜的熊類，其脾氣並不具備被馴化的條件，而且熊沒有狗的奔跑能力和狩獵技巧，因此對於人類的幫助較小。鬣狗雖然在親緣關係上與狼相差較遠，但生活習性卻是與狼非常接近：對其他動物和人類廢棄的殘羹剩飯趨之若鶩，並具有群體性的社會行為。不過，鬣狗缺乏能夠被馴化的溫順脾氣。

狗有更短更寬的鼻子、更大的眼睛，以及軟而耷拉的耳朵與狼區別明顯。有的生物學家認為狗的這些不同於狼的性狀是「幼態持續」的表現，即達到性成熟的狗還保持著幼年時期的特徵，而這正是人類所喜歡的「萌態」，由此在狗和人類之間建立了更親密的聯繫。幼態持續的狗更溫順，這是能夠被順利馴化的關鍵因素。與大家通常的認識不同，狗不僅大腦比狼小，其聰明程度也低於狼。所以，狗是最適合於被馴化的食肉動物，其體型大小適中，食性容易滿足，脾氣便於驅使，最終成為人類的重要幫手。

被馴化後，人類對狗的改造非常巨大，如今世上至少有超過400個不同品種的狗。除了金魚，狗是與其野生祖先差距最大的馴化動物。狗不同的體型、形態、毛色等，遠比食肉目中各個科之間的差異還大。這是為什麼呢？比較一下狗和貓就可以發現，後者不同品種間的相似性要大得多。貓類是純肉食的動物，其肌肉-骨骼-牙齒系統的完美組合只為了一個目的，就是抓住獵物，所以貓類在形態上的多樣性較低。而犬類的牙齒和頭骨形態變化較大，這與其肉食性的要求相對較低有關，結果就是表現在外形的多樣性要高得多，由此成為我們身邊形形色色、豐富多彩的各個狗品種的基礎。

狗狗與生命科學

作者：姜韶東（單位：中國科學院生物物理研究所）

在生命科學研究中，許多重要發現也有賴狗狗相助。比如，解剖學家卡雷爾（1912年諾貝爾生理或醫學獎得主）開創性實施的小狗血管縫合及組織培養，奠定了現代器官移植醫學的基礎；免疫學家裡奇特（1913年諾貝爾生理或醫學獎得主）用小狗測試海葵素效力時發現過敏現象，拉開了免疫-變態反應研究的序幕；生理學家惠普爾（1934年諾貝爾生理或醫學獎得主）發現用動物肝臟飼餵小狗可以促進血紅細胞生成，為惡性貧血患者帶來福音……

巴甫洛夫的狗

如果說科學史上最著名的貓是「薛定諤的貓」，那麼科學史上最著名的狗必然是「巴甫洛夫的狗」。薛定諤用密室中的貓作比喻，形象地闡釋了微觀尺度的量子疊加原理。而俄國科學家巴甫洛夫則依靠狗狗揭示了消化的生理機制，建立了條件反射學說。前者為巴甫洛夫贏得了1904年的諾貝爾生理或醫學獎，後者成為現代行為與認知科學的里程碑。

人和動物通過攝食獲得能量和營養，那麼食物在體內是如何被分解轉化的呢？之前的科學家對消化系統僅有大略的描述，知道消化道的解剖組成，知道消化腺可以分泌消化液，消化液里含有鹽酸、碳酸鈉、酵素（即酶），但是對消化系統具體如何工作知之甚少。

用狗狗作為實驗對象，通過精湛的手術，巴甫洛夫開創了唾液瘺、胃瘺等慢性實驗方法，不僅可以方便地觀察狗狗健康狀態下的消化過程，而且可以研究不同消化器官間的聯繫，取得了一系列新發現。比如：進食不同食物，消化腺所分泌消化液的黏稠度和成分均不同；在狗狗沒有察覺的情況下，不經口腔直接將食物導入胃中，也能引起胃液分泌；胰液的分泌由胃酸的刺激引起，甚至其他酸性液體也可直接導致鹼性胰液的分泌；胃液的分泌受迷走神經支配。這些結果勾畫出消化生理的草圖，強調了神經對消化的調控作用。需要說明的是，由於巴甫洛夫及其同事手術技能高超嫻熟，狗狗們配合默契，在為科學作貢獻的同時生活得健康快樂。

循著神經調節消化腺分泌的思路，巴甫洛夫進一步研究了食物、鈴聲和唾液分泌之間的關係，也就是著名的小狗條件反射實驗。小狗遇到食物，唾液自然流出，這是非條件反射；而當每次餵食都伴有鈴聲，一段時間後，即使只有鈴聲也能刺激小狗分泌唾液，這就是條件反射。如果說非條件反射是一種本能，那麼條件反射則超越本能，建立了無關刺激與相應反應之間的聯繫。這一基本原理為客觀分析人類習得的行為打開了大門，激勵著科學家們去發現更多認知科學背後的奧秘。

狗狗與胰島素

糖尿病是一種非常常見的慢性病。一旦得了糖尿病，患者苦不堪言；血糖高，尿糖，多飲多食卻逐漸消瘦，創口難癒合又易被感染，嚴重者中毒昏迷、臟器衰竭，甚至死亡。巧合的是，狗狗作為人類親密的朋友，也有可能自發糖尿病，遭受糖尿病的折磨。治療人類和狗狗的糖尿病、成為一項重要課題。

1889年，梅靈和閔可夫斯基在切除胰腺的小狗上觀察到糖尿病的癥狀，率先將胰腺和血糖水平的調控聯繫在一起。隨後，生理學家和臨床醫生們開始積極嘗試從小狗胰腺中提取能夠降低血糖水平的物質，卻都無功而返。

但有一些進展仍值得關注，比如：雷尼在解剖學上發現胰島和腺泡在胰腺中是彼此分離的；摩西·巴倫發現結紮了胰腺腺管的小狗會發生腺管膽囊結石，進而導致腺泡細胞的退化。

1920年10月30日，加拿大外科醫生班廷讀到了巴倫的論文，一個好主意立刻閃入他的腦海：通過結紮小狗胰管，使胰泡細胞退化，獲得未被胰液中胰蛋白酶降解的胰島，就有可能獲得調節血糖的活性物質。想到就去做，班廷說服多倫多大學糖尿病權威麥克勞德教授，在麥氏實驗室開始了他的試驗。麥克勞德為班廷提供了狗狗和儀器，並指派白斯特做班廷的助手。憑藉班廷出色的外科手術和白斯特紮實的化學分析，他們最終得到了可以降低糖尿病小狗血糖的有效成分。1921年12月，麥克勞德邀請生化學家考立普參與提純，最終得到了能用於臨床試驗的胰島素。

胰島素的發現極大地改善了糖尿病患者的生活質量，推動了糖尿病的相關研究。1923年，班廷和麥克勞德因為這項成就榮獲諾貝爾生理或醫學獎。此後，小狗一直是糖尿病研究的理想動物模型。基於小狗模型，阿根廷內分泌學家貝納多·吳賽進一步研究了胰島素的產生機制，發現垂體前葉可以分泌激素調節胰島素的分泌，獲得1947年的諾貝爾生理或醫學獎。

現代生命科學重要的模式動物

進入21世紀，生命科學發展迅猛，許多新成果新技術加深了人們對狗狗的認識。比如，2004年諾獎成果「嗅覺受體和嗅覺系統組織方式的發現」就很好解釋了狗狗嗅覺靈敏的原因——狗狗的嗅覺上皮平均是人的40倍。再比如，基於高通量測序技術的進步，科學家們發現相對於小鼠，狗狗與人類的基因組更為近似，而且狗狗和人類的基因數目基本相同。

目前，越來越多的證據提示，狗狗可以成為一種理想的醫學研究模型。

首先，狗狗自發多種人類疾病，包括癌症、糖尿病、癲癇，甚至強迫症等精神疾病。狗狗罹患這類疾病時的臨床表現、組織學特點、分子圖譜、對治療的應答及耐受，都與人類非常吻合。比如，骨肉瘤發生時，狗狗和人都是先從長骨幹端發病，惡化後都會轉移到肺臟。

其次，狗狗和人的生活環境類似，便於研究疾病發生髮展中環境因素的作用。在研究諸如社會認知能力的進化以及阿爾茲海默症的發生時，狗狗也扮演著無可替代的角色。

再者，狗狗的某些品種多發某種疾病，這又為研究人類的相應疾病提供了不可多得的家族史分析案例。通過對狗狗家族的大樣本遺傳分析，可以更高效地篩選出關鍵的致病風險基因位點。

此外，由於狗狗的平均壽命僅為人類的七分之一，許多人類老年病在狗狗身上發生得更早，病程更快。如果有了某種疾病的新療法，狗狗的臨床測試周期更短。目前，兒童失明的基因療法在狗狗身上已獲得成功，這不僅將使很多狗狗重獲光明，而且也終將造福人類。

狗或比貓更聰明

作者：林小春

科學家現在認為，狗比貓聰明。這項結論是基於對大腦神經細胞數量的比較得出的，論文發表在新一期瑞士《神經解剖學前沿》雜誌上。

美國、巴西、沙烏地阿拉伯和南非等國研究人員分析了一系列動物的大腦，包括貓、狗、雪貂、貓鼬、獅子、棕熊、浣熊等。

研究表明，狗的大腦皮層有5.3億個神經細胞，而貓只有2.5億個。當然，它們與人腦的160億個神經細胞相比還是有相當大的差距。

負責這項研究的美國范德比爾特大學心理學和生物科學副教授蘇珊娜·埃爾庫拉諾－烏澤爾在一份聲明中說：「我相信大腦皮層神經細胞的絕對數量決定著一個動物內在心理狀態的豐富程度，以及根據以往經驗對所在環境內將要發生的事情做出預判的能力。」

埃爾庫拉諾－烏澤爾說，這意味著狗有著比貓完成更複雜、更靈活事件的生物學上的能力。

這項研究還顯示，對食肉動物而言，不是腦袋越大，就越聰明。比如，棕熊的腦袋比貓大得多，但是它們的神經細胞數量卻大致相同。

非洲狗能抗瘧疾

作者：岳冉冉

歷時三年的一項研究成果表明：非洲狗能有效抵抗瘧疾，本研究首次揭示狗在伴隨人類的過程中適應非洲炎熱自然環境的遺傳機制，為治療人類瘧疾提供了新的思路。該成果近日發表在國際期刊《分子生物和進化》上。

論文通訊作者、中科院昆明動物研究所副研究員王國棟介紹，狗長期與人類共同生活，經歷了相似的進化。據統計，狗與人類共享360多種疾病，是研究人類疾病的良好模型。

「狗的擴散史及其對不同環境的適應性進化一直是學界熱點。非洲紫外線強、高溫，且瘧疾流行，我們的研究是想了解狗遷移到非洲後如何適應當地的自然環境。」王國棟說。

研究團隊對收集到的非洲奈及利亞6個城市15個狗的樣品和來自非洲不同國家的4隻非洲金豺樣品進行了全基因組測序。

「通過全基因組分析，我們發現ADGRE1基因在非洲狗中受到正選擇，功能實驗證明了該基因參與抵抗瘧疾。」王國棟解釋說，「有趣的是已有研究表明ADGRE1基因也與非洲人群抵抗瘧疾有關，因此我們開展了深入的功能試驗研究。我們將ADGRE1基因轉入小鼠巨噬細胞，然後用瘧原蟲侵染，發現包含ADGRE1基因的巨噬細胞可以吞噬並殺滅更多的瘧原蟲。同時非洲犬特有的非同義突變（G655A）能夠增強ADGRE1基因的功能。」

狗或許兩地起源

作者：林小春

多年來，科學家圍繞狗的起源爭論不休，有的人認為是中國或中東，但也有人堅持認為是歐洲。現在，一項最新研究乾脆提出，這兩種觀點可能都是對的。

這項發表在新一期美國《科學》雜誌上的研究認為，作為人類最忠實的朋友——狗的馴化並不是像此前認為的那樣只有一次，而是可能有兩次，分別發生在歐亞大陸的兩端。

為此，研究人員分析了一條約4800年前的愛爾蘭狗的基因組序列，並獲取了生活在1.4萬年至3000年前59條古代歐洲狗的線粒體DNA（脫氧核糖核酸）序列，然後把這些基因組數據與685條不同品種現代狗的全基因組序列進行比較。

經過綜合分析，研究人員提出，狗分別在歐洲和亞洲被馴化過一次，只不過後來亞洲狗在1.4萬年至6000年前隨著人類遷移至西方，與當地的狗雜交，基本取代了歐洲狗。

負責研究的牛津大學教授格雷格·拉森強調，他們的結論只是一個假設，推翻以前的看法還需大量證據。但他同時也認為，現有的古代狗基因信息及考古學記錄，應促使人們重新思考狗被獨立馴化的次數。

來源——今日科協

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