农历丁酉年将过，戊戌年将来——送“鸡”迎“狗”到。狗在科学技术的发展中占据了非常重要的位置，比如在生命科学研究中，狗是重要的实验动物。生物学，仿生学、人工智能、考古、心理学……狗不仅是人类的好朋友，更是科学发展的功臣。狗年将至之时，我们邀请几位科学家来聊聊——
那些与狗有关的科研
狗的进化
作者：邓涛
人类与狗的关系可以追溯到遥远的年代，因此科学家和普通大众都对狗的生物学及演化历史倍感兴趣。大型家养动物与人类文明的兴衰有关，甚至是一个决定性的因素，因为家养动物是人类食物、劳力、运输和服装这些社会必需品的至关重要的来源。在人类的发展进程中，合适的家养动物常常具有势不可挡的优势。狗作为人类的第一种驯化动物，极大地改变了人类的生活方式。近年来，考古发现不断将这种人类最早驯化的动物推向更早的时期，而分子生物学证据让其最初被驯化的地点被重新认识。
在动物分类学上，狗是属于食肉目的动物。食肉目动物从4000多万年前的始新世一直到现代都占据着优势，可以进一步分为三类，即狗形类、猫形类和鳍脚类。狗形类包括狼、熊、浣熊、熊猫、鼬、貂、獾和水獭等；鬣狗却并不是狗的亲戚，而是与灵猫、猫、狮、虎和豹等一道属于猫形类；海狗也不属于狗形类，它与海豹、海象和海狮等海生食肉动物一样，都是鳍脚类的成员。
狗的祖先从渐新世的小型黄昏犬经过一系列中间类型演变成现代的狼，在第四纪达到了最大的繁盛期。狼和狗按分类地位归入食肉目犬科犬属中，因此狗也被称为家犬。犬属由被称为始犬的动物演化而来，在中国山西榆社盆地500万年前的上新世地层中就发现了保存很好的始犬化石。
狗和狼是什么关系
一些人认为狼和狗是两个不同的物种，但多数分类学家认为狗只是灰狼的一个亚种，即狗和狼之间没有生殖隔离，可以杂交出有正常繁殖能力的后代。那么人类是什么时候把狼驯化成了狗呢？在不同的科学家中至今没有达成统一的意见。
有研究线粒体DNA的科学家发现，狗和狼在10万年前分成两个不同的物种。如果这是真的，人类在其中似乎没有起到什么作用，因为还没有任何证据显示人类在如此久远的时代有驯化动物的能力。
不过，同样是分子生物学家，中国科学院张亚平院士课题组的研究人员利用二代测序技术，对采自世界各地的12只灰狼、27只土狗和19只不同品种犬进行了全基因组测序，利用群体遗传学的各种手段对家犬的遗传多样性、群体结构和群体历史等进行了深入研究。根据他们的分析结果推断，狗是在约3.3万年前开始在东亚的南部地区逐渐被人类驯化，与人类共同生活了很长时间后，于1.5万年前开始向中东、非洲和欧洲等地迁徙扩散，并在约1万年前到达欧洲地区。其后，这些迁徙出亚洲的家犬群体中的一个支系又向东迁徙，在东亚北部与当地家犬群体杂交形成了一系列混合群体，并在其后随人类迁往美洲地区。这一结果显示，狗在亚洲被驯化，欧洲的狗是从亚洲迁徙过去的。
但考古发现却并不支持这一结论。在中国发现的狗的遗存最早不超过9000年的历史，其地点在河南省舞阳县的贾湖遗址。但在德国的一个距今1.4万年前的遗址中，考古学家发现狗和人合葬在一起，因此狗被认为是在欧洲被驯化，然后被带到亚洲来的，再随印第安人迁徙到美洲。在美国犹他州一处洞穴里发现的美洲最早的埋葬狗的遗址距今1.1万年，似乎也说明这个传播路线是可能的。
狗为什么是最早驯化的动物
这个问题或许与早期人类的狩猎-采集生活方式有关。狗可以帮助人们狩猎，担任放哨的职责，而那个时期人类还没有学会放牧，因此那些家畜还没有驯化出来。与人的关系对狗来说是有好处的，它们能得到人的保护，最重要的是有了比较稳定的食物来源。
但是在那么多食肉动物中，人为什么会选中狼来进行驯化呢？一开始，可能有狼跟着猎人捡一点剩下的食物和骨头。于是，一些看起来威胁性不大的狼，尤其是它们的幼仔被人们收养并繁衍后代，由此开启了驯化的过程。狼的杂食性也是人类选择它们的原因，例如像大型猫科动物这种纯肉食类型，人类是很难满足其食欲的。对于食性更杂的熊类，其脾气并不具备被驯化的条件，而且熊没有狗的奔跑能力和狩猎技巧，因此对于人类的帮助较小。鬣狗虽然在亲缘关系上与狼相差较远，但生活习性却是与狼非常接近：对其他动物和人类废弃的残羹剩饭趋之若鹜，并具有群体性的社会行为。不过，鬣狗缺乏能够被驯化的温顺脾气。
狗有更短更宽的鼻子、更大的眼睛，以及软而耷拉的耳朵与狼区别明显。有的生物学家认为狗的这些不同于狼的性状是“幼态持续”的表现，即达到性成熟的狗还保持着幼年时期的特征，而这正是人类所喜欢的“萌态”，由此在狗和人类之间建立了更亲密的联系。幼态持续的狗更温顺，这是能够被顺利驯化的关键因素。与大家通常的认识不同，狗不仅大脑比狼小，其聪明程度也低于狼。所以，狗是最适合于被驯化的食肉动物，其体型大小适中，食性容易满足，脾气便于驱使，最终成为人类的重要帮手。
被驯化后，人类对狗的改造非常巨大，如今世上至少有超过400个不同品种的狗。除了金鱼，狗是与其野生祖先差距最大的驯化动物。狗不同的体型、形态、毛色等，远比食肉目中各个科之间的差异还大。这是为什么呢？比较一下狗和猫就可以发现，后者不同品种间的相似性要大得多。猫类是纯肉食的动物，其肌肉-骨骼-牙齿系统的完美组合只为了一个目的，就是抓住猎物，所以猫类在形态上的多样性较低。而犬类的牙齿和头骨形态变化较大，这与其肉食性的要求相对较低有关，结果就是表现在外形的多样性要高得多，由此成为我们身边形形色色、丰富多彩的各个狗品种的基础。
（作者邓涛，系中国科学院古脊椎动物与古人类研究所副所长、研究员）
狗狗与生命科学
作者：姜韶东
在生命科学研究中，许多重要发现也有赖狗狗相助。比如，解剖学家卡雷尔（1912年诺贝尔生理或医学奖得主）开创性实施的小狗血管缝合及组织培养，奠定了现代器官移植医学的基础；免疫学家里奇特（1913年诺贝尔生理或医学奖得主）用小狗测试海葵素效力时发现过敏现象，拉开了免疫-变态反应研究的序幕；生理学家惠普尔（1934年诺贝尔生理或医学奖得主）发现用动物肝脏饲喂小狗可以促进血红细胞生成，为恶性贫血患者带来福音……
巴甫洛夫的狗
如果说科学史上最著名的猫是“薛定谔的猫”，那么科学史上最著名的狗必然是“巴甫洛夫的狗”。薛定谔用密室中的猫作比喻，形象地阐释了微观尺度的量子叠加原理。而俄国科学家巴甫洛夫则依靠狗狗揭示了消化的生理机制，建立了条件反射学说。前者为巴甫洛夫赢得了1904年的诺贝尔生理或医学奖，后者成为现代行为与认知科学的里程碑。
人和动物通过摄食获得能量和营养，那么食物在体内是如何被分解转化的呢？之前的科学家对消化系统仅有大略的描述，知道消化道的解剖组成，知道消化腺可以分泌消化液，消化液里含有盐酸、碳酸钠、酵素（即酶），但是对消化系统具体如何工作知之甚少。
用狗狗作为实验对象，通过精湛的手术，巴甫洛夫开创了唾液瘘、胃瘘等慢性实验方法，不仅可以方便地观察狗狗健康状态下的消化过程，而且可以研究不同消化器官间的联系，取得了一系列新发现。比如：进食不同食物，消化腺所分泌消化液的黏稠度和成分均不同；在狗狗没有察觉的情况下，不经口腔直接将食物导入胃中，也能引起胃液分泌；胰液的分泌由胃酸的刺激引起，甚至其他酸性液体也可直接导致碱性胰液的分泌；胃液的分泌受迷走神经支配。这些结果勾画出消化生理的草图，强调了神经对消化的调控作用。需要说明的是，由于巴甫洛夫及其同事手术技能高超娴熟，狗狗们配合默契，在为科学作贡献的同时生活得健康快乐。
循着神经调节消化腺分泌的思路，巴甫洛夫进一步研究了食物、铃声和唾液分泌之间的关系，也就是著名的小狗条件反射实验。小狗遇到食物，唾液自然流出，这是非条件反射；而当每次喂食都伴有铃声，一段时间后，即使只有铃声也能刺激小狗分泌唾液，这就是条件反射。如果说非条件反射是一种本能，那么条件反射则超越本能，建立了无关刺激与相应反应之间的联系。这一基本原理为客观分析人类习得的行为打开了大门，激励着科学家们去发现更多认知科学背后的奥秘。
狗狗与胰岛素
糖尿病是一种非常常见的慢性病。一旦得了糖尿病，患者苦不堪言；血糖高，尿糖，多饮多食却逐渐消瘦，创口难愈合又易被感染，严重者中毒昏迷、脏器衰竭，甚至死亡。巧合的是，狗狗作为人类亲密的朋友，也有可能自发糖尿病，遭受糖尿病的折磨。治疗人类和狗狗的糖尿病、成为一项重要课题。
1889年，梅灵和闵可夫斯基在切除胰腺的小狗上观察到糖尿病的症状，率先将胰腺和血糖水平的调控联系在一起。随后，生理学家和临床医生们开始积极尝试从小狗胰腺中提取能够降低血糖水平的物质，却都无功而返。
但有一些进展仍值得关注，比如：雷尼在解剖学上发现胰岛和腺泡在胰腺中是彼此分离的；摩西·巴伦发现结扎了胰腺腺管的小狗会发生腺管胆囊结石，进而导致腺泡细胞的退化。
1920年10月30日，加拿大外科医生班廷读到了巴伦的论文，一个好主意立刻闪入他的脑海：通过结扎小狗胰管，使胰泡细胞退化，获得未被胰液中胰蛋白酶降解的胰岛，就有可能获得调节血糖的活性物质。想到就去做，班廷说服多伦多大学糖尿病权威麦克劳德教授，在麦氏实验室开始了他的试验。麦克劳德为班廷提供了狗狗和仪器，并指派白斯特做班廷的助手。凭借班廷出色的外科手术和白斯特扎实的化学分析，他们最终得到了可以降低糖尿病小狗血糖的有效成分。1921年12月，麦克劳德邀请生化学家考立普参与提纯，最终得到了能用于临床试验的胰岛素。
胰岛素的发现极大地改善了糖尿病患者的生活质量，推动了糖尿病的相关研究。1923年，班廷和麦克劳德因为这项成就荣获诺贝尔生理或医学奖。此后，小狗一直是糖尿病研究的理想动物模型。基于小狗模型，阿根廷内分泌学家贝纳多·吴赛进一步研究了胰岛素的产生机制，发现垂体前叶可以分泌激素调节胰岛素的分泌，获得1947年的诺贝尔生理或医学奖。
现代生命科学重要的模式动物
进入21世纪，生命科学发展迅猛，许多新成果新技术加深了人们对狗狗的认识。比如，2004年诺奖成果“嗅觉受体和嗅觉系统组织方式的发现”就很好解释了狗狗嗅觉灵敏的原因——狗狗的嗅觉上皮平均是人的40倍。再比如，基于高通量测序技术的进步，科学家们发现相对于小鼠，狗狗与人类的基因组更为近似，而且狗狗和人类的基因数目基本相同。
目前，越来越多的证据提示，狗狗可以成为一种理想的医学研究模型。
首先，狗狗自发多种人类疾病，包括癌症、糖尿病、癫痫，甚至强迫症等精神疾病。狗狗罹患这类疾病时的临床表现、组织学特点、分子图谱、对治疗的应答及耐受，都与人类非常吻合。比如，骨肉瘤发生时，狗狗和人都是先从长骨干端发病，恶化后都会转移到肺脏。
其次，狗狗和人的生活环境类似，便于研究疾病发生发展中环境因素的作用。在研究诸如社会认知能力的进化以及阿尔兹海默症的发生时，狗狗也扮演着无可替代的角色。
再者，狗狗的某些品种多发某种疾病，这又为研究人类的相应疾病提供了不可多得的家族史分析案例。通过对狗狗家族的大样本遗传分析，可以更高效地筛选出关键的致病风险基因位点。
此外，由于狗狗的平均寿命仅为人类的七分之一，许多人类老年病在狗狗身上发生得更早，病程更快。如果有了某种疾病的新疗法，狗狗的临床测试周期更短。目前，儿童失明的基因疗法在狗狗身上已获得成功，这不仅将使很多狗狗重获光明，而且也终将造福人类。
（作者：姜韶东，单位：中国科学院生物物理研究所）
狗或比猫更聪明
作者：林小春
科学家现在认为，狗比猫聪明。这项结论是基于对大脑神经细胞数量的比较得出的，论文发表在新一期瑞士《神经解剖学前沿》杂志上。
美国、巴西、沙特阿拉伯和南非等国研究人员分析了一系列动物的大脑，包括猫、狗、雪貂、猫鼬、狮子、棕熊、浣熊等。
研究表明，狗的大脑皮层有5.3亿个神经细胞，而猫只有2.5亿个。当然，它们与人脑的160亿个神经细胞相比还是有相当大的差距。
负责这项研究的美国范德比尔特大学心理学和生物科学副教授苏珊娜·埃尔库拉诺－乌泽尔在一份声明中说：“我相信大脑皮层神经细胞的绝对数量决定着一个动物内在心理状态的丰富程度，以及根据以往经验对所在环境内将要发生的事情做出预判的能力。”
埃尔库拉诺－乌泽尔说，这意味着狗有着比猫完成更复杂、更灵活事件的生物学上的能力。
这项研究还显示，对食肉动物而言，不是脑袋越大，就越聪明。比如，棕熊的脑袋比猫大得多，但是它们的神经细胞数量却大致相同。
非洲狗能抗疟疾
作者：岳冉冉
历时三年的一项研究成果表明：非洲狗能有效抵抗疟疾，本研究首次揭示狗在伴随人类的过程中适应非洲炎热自然环境的遗传机制，为治疗人类疟疾提供了新的思路。该成果近日发表在国际期刊《分子生物和进化》上。
论文通讯作者、中科院昆明动物研究所副研究员王国栋介绍，狗长期与人类共同生活，经历了相似的进化。据统计，狗与人类共享360多种疾病，是研究人类疾病的良好模型。
“狗的扩散史及其对不同环境的适应性进化一直是学界热点。非洲紫外线强、高温，且疟疾流行，我们的研究是想了解狗迁移到非洲后如何适应当地的自然环境。”王国栋说。
研究团队对收集到的非洲尼日利亚6个城市15个狗的样品和来自非洲不同国家的4只非洲金豺样品进行了全基因组测序。
“通过全基因组分析，我们发现ADGRE1基因在非洲狗中受到正选择，功能实验证明了该基因参与抵抗疟疾。”王国栋解释说，“有趣的是已有研究表明ADGRE1基因也与非洲人群抵抗疟疾有关，因此我们开展了深入的功能试验研究。我们将ADGRE1基因转入小鼠巨噬细胞，然后用疟原虫侵染，发现包含ADGRE1基因的巨噬细胞可以吞噬并杀灭更多的疟原虫。同时非洲犬特有的非同义突变（G655A）能够增强ADGRE1基因的功能。”
狗或许两地起源
作者：林小春
多年来，科学家围绕狗的起源争论不休，有的人认为是中国或中东，但也有人坚持认为是欧洲。现在，一项最新研究干脆提出，这两种观点可能都是对的。
这项发表在新一期美国《科学》杂志上的研究认为，作为人类最忠实的朋友——狗的驯化并不是像此前认为的那样只有一次，而是可能有两次，分别发生在欧亚大陆的两端。
为此，研究人员分析了一条约4800年前的爱尔兰狗的基因组序列，并获取了生活在1.4万年至3000年前59条古代欧洲狗的线粒体DNA（脱氧核糖核酸）序列，然后把这些基因组数据与685条不同品种现代狗的全基因组序列进行比较。
经过综合分析，研究人员提出，狗分别在欧洲和亚洲被驯化过一次，只不过后来亚洲狗在1.4万年至6000年前随着人类迁移至西方，与当地的狗杂交，基本取代了欧洲狗。
负责研究的牛津大学教授格雷格·拉森强调，他们的结论只是一个假设，推翻以前的看法还需大量证据。但他同时也认为，现有的古代狗基因信息及考古学记录，应促使人们重新思考狗被独立驯化的次数。
《光明日报》（2018年02月08日 13版）
联系客服
