青蛙能当验孕棒？准确率超过妇科医生！医院为此专门养了一缸
本文作者：菲利普医生
我要说的这种生物，它有很多特殊之处。
它是全球生物医学领域使用最广泛的实验动物之一
它是全球造成最严重物种灭绝危机的入侵物种之一
它是全球宠物市场最常见的物种之一
它是人类首次克隆成功的脊椎动物，没有之一
它甚至一度成为最精准的验孕工具，没有之一
是不是感觉遇到了知识的盲区？
图源：soogif
再给你一些提示——它是两栖动物（无尾目-负子蛙科），很长寿（有记载可长达 30 年），去过很多国家（目前全球各地的生物医学实验室都有饲养）。
非洲爪蛙是怎么变成验孕棒的？
非洲爪蛙原产地是南非的湖泊和水塘，是一种完全水生的两栖动物。从卵到蝌蚪，再到成蛙，非洲爪蛙的一生都在水中度过（它们的两栖动物远祖登陆改变了脊椎动物的历史，它们倒好，全给改回来了）。
所谓「爪蛙」，因后足有爪方便掘泥得名。
非洲爪蛙的后足
其他蛙类的捕食技巧一般是跃起、从嘴里弹出舌头粘住猎物，然后两个前爪往嘴里送，就像下面这样。
其他蛙类的捕食技巧
但一直生活在水里，以小鱼小虾和昆虫为食的非洲爪蛙并没有可弹出的舌头，所以就会长开大嘴咬住猎物，然后两只手往嘴里塞。
吞不进去不用怕，两只前爪往里扒
南非淡水生态孕育了海量的小鱼小虾和无脊椎动物，所以非洲爪蛙几百万年来一直过着衣食丰足、无忧无虑的生活。它们爱吃的管够，人类又不爱吃它们。
蛙生如此，夫复何求。
但万万没想到的是，非洲爪蛙的命运在 19 世纪发生了巨大转折，就此走上了成为验孕棒的道路。
这个故事还得从一个处处被排挤、颠沛流离的学者说起。
英国生物学家、遗传学家、医学统计学家兰斯洛特·霍格本（Lancelot Thomas Hogben，1895～1975）[1] 是个传奇式的人物，他的立场和观点和那个时代很有些格格不入——娶了一个女权主义者，坚决反对社会达尔文主义和种族隔离制度，认为第一次世界大战非正义而拒服兵役并因此入狱……
兰斯洛特·霍格本（1895～1975）
他的二十几岁在斗争中被处处排挤，在不同大学和学会间辗转，期间当过记者、讲师、创办过科学期刊（Journal of Experimental Biology，现在影响因子还有 3 分多呢），从事的科研领域也涉及到数学、动物学、遗传学、生理学，甚至还热心于社会活动......简直是个全才。
1927 年，32 岁的霍格本接受了南非开普敦大学动物学的职位，来到南非。舒舒服服过了几百万年的非洲爪蛙万万没想到，它们的好日子到头了。
霍格本在研究激素生理学作用时，曾经尝试过将牛的垂体提取物注射到不同动物体内以观察动物生理状态的改变。
当他来到南非准备大展拳脚的时候，却痛苦地发现找不到合适的实验动物——直到他在水塘看见成群结队而且非常容易捕捉的非洲爪蛙。
1930 年，霍格本为了证明孕妇的尿液中含有某种特殊的激素，收集新鲜的孕妇尿液，将其注射到雌性非洲爪蛙皮下。几个小时以后，神奇的现象发生了——雌性非洲爪蛙排卵了。[2,3] 要知道，非洲爪蛙雌性只有在被雄性抱对时才会排卵。
后来他又用其他几位孕妇的新鲜尿液重复了这一实验，结果依旧如此。这一现象通过信件和论文扩散开来，甚至有一位英国的医生用 150 位不同妇女重复该实验，竟然发现完全没有 1 例出现假阳性，而且也仅有 3 例漏报的怀孕案例。
也就是说，这个验孕方法非常准确——至少比当时主流的计算停经时间、体温曲线准确的多。
一位医生甚至在写给霍格本同事的信件中说道：「感谢您的学术报告在某女士身上产生的测孕效果。您或许很想知道：我们请了一名有多年经验的全科医生、一名专业的妇科专家，以及一只爪蛙，只有爪蛙是对的。」
非洲爪蛙的奇幻漂流
随着非洲爪蛙验孕「神迹」流传开来，越来越多有验孕需求的医疗机构都在寻求引进繁殖非洲爪蛙。霍格本博士也非常大方，将他从南非带回英国并繁殖的非洲爪蛙慷慨赠送给多家医院和研究机构。
当时非洲爪蛙作为一种验孕工具人（蛙），相比此前用于验孕的小鼠、兔子而言有太多优势。
当时，人们也会将新鲜的孕妇尿液注射到雌性兔或者鼠身上，等待一段时间以后杀死老鼠或者兔子，然后观察其卵巢。如果发现卵巢明显增大，表面出现充血和卵泡形成则说明妇女怀孕，否则就是没怀孕。
因为这种方法会将兔子杀死，所以一个工具人（兔）只能用一次。当时的欧美妇女会将孕检阳性结果委婉称为「兔子死了」（The rabbit died）。这种验孕方法也被称为「兔子测试」（The Rabbit Test）。
与一次性的兔子不一样，非洲爪蛙则非常耐操，可以反复利用。注射完一位妇女的尿液引起排卵后只需要休息几天就可以再测试其他人。
现在的人们或许无法想象，上世纪四五十年代，有不少医院的检验科养着一缸蛤蟆。
不过，随着人们在孕妇尿液中成功分离出绒毛膜促性腺激素（hCG，human chorionic gonadotropin），并通过对动物免疫，获得了 hCG 抗体，并基于抗原抗体反应的原理制成新型验孕试剂（我们现在应用的验孕棒也是这个原理），非洲爪蛙作为验孕工具人（蛙）的历史使命终于告一段落。
有意思的是，最初为了验证 hCG 抗原抗体反应验孕的准确性，科研人员正是拿非洲爪蛙作为对照，才对这种新技术有了信心。[4]
越来越多医院和科研机构开始养殖非洲爪蛙，并且随着正规的科研赠与和私下的宠物交易，非洲爪蛙开始了一段奇幻漂流，走出南非，走向世界。
兰斯洛特·霍格本和非洲爪蛙
作为两栖动物，非洲爪蛙裸露的卵细胞非常巨大，所以可以很方便进行受精卵、早期胚胎研究。而且蛙卵和胚胎外面没有子宫的遮挡，可以很直观观察胚胎发育。于是，非洲爪蛙逐渐成为一种很理想的实验动物。
当年霍格本博士带出南非的几十只非洲爪蛙大概怎么也想不到，它们这些在南非水塘嬉戏打闹的小胖子，竟成了科研的明星物种。
医学领域的高光时刻
走向世界后，非洲爪蛙在医学领域的高光时刻主要有两次，一次在上个世纪，它成为首个成功克隆的脊椎动物；另一次则在最近，被用于生化机器人的制造。
1950～1962 年间，英国牛津大学英国发育生物学家约翰·格登（John Bertrand Gurdon）利用非洲爪蛙进行了一系列的核移植试验，[5,6,7] 当时的主要目的是研究不同发育时期已分化的体细胞核是否具有发育成完整个体的全能性。
他的实验方法是：先用紫外线照射爪蛙卵细胞以破坏其细胞核，然后将爪蛙蝌蚪的不同部位组织的体细胞核植入上述处理过的卵细胞内。[5]
结果表明，其中一少部分卵成功开始分裂并可发育至一定时期，在众多种类的体细胞中，部分接受蝌蚪小肠上皮细胞核（如下图）连续核移植的卵细胞成功发育成蝌蚪，[6] 其中有几只成功发育成为成体爪蛙。[7]
这可能是世界上最早的克隆脊椎动物。这一结果轰动了科学界，充分证明了细胞核的全能性，开创了脊椎动物克隆的时代 [8]，戈登教授也因此荣获 2012 年诺贝尔生理学或医学奖。
今年年初，来自佛蒙特大学的研究人员利用非洲爪蛙胚胎分化的表皮细胞和心肌细胞，通过计算机辅助构型，这些微米级别的小家伙被设计成可以定向运动的「生化机器人」。[9]
如下图所示，研究人员模拟生成两类细胞：白色方块代表不能自主运动的被动细胞（passive cell），红色方块代表可以自主收缩运动的收缩细胞（contrille cell）。
图源：Guardian
计算机模拟了红色和白色方块搭配组合的多种方案，最终发现一种构型可以让这些方块机器人进行定向移动。之后，研究者利用从非洲爪蛙胚胎中分离出的上皮细胞作为被动细胞以及心肌细胞作为收缩细胞，在培养皿中人工组装出这一构型。组装成的「机器人」（实际上就是肉球）确实能够在水中进行定向运动，正如计算机所模拟的一样。
图源：参考文献 4
研究人员认为，这种「生化机器人」具有广阔的应用前景，包括用来清理海洋中的微塑料污染、定位有毒物质，或者进入人体血管，精准输送药物、清除动脉壁上的板块等。
意想不到的乘客：蛙壶菌
随着霍格本博士带着非洲爪蛙开启了一段奇幻漂流，另一种肉眼不可见的小家伙也搭着非洲爪蛙的便车，走出南非走向全球。而且这个小家伙到目前为止已经让世界上好几种蛙类灭绝或者濒临灭绝，造成了最惨烈的全新世灭绝事件之一。
这个小家伙就是蛙壶菌（Batrachochytrium dendrobatidis）。
蛙壶菌会通过蛙类破损的皮肤定植，并增殖、诱导炎症反应，引起蛙类皮肤溃烂，直至严重感染夺走它们的生命。
为什么蛙壶菌和非洲爪蛙却能相安无事呢？
有一种观点是，蛙壶菌和非洲爪蛙已经在漫长的演化过程中互相适应，彼此依存，谁也不会把对方弄死，就这样凑合过了几百万年。但走出南非走向世界的蛙壶菌可不认识当地的蛙类，当地蛙类也对蛙壶菌完全没有免疫力，蛙壶菌就像狼进了羊圈，在世界范围内造成了多种蛙类和蝾螈的灭绝。
有研究指出，那些在蛙壶菌淫威之下勉强苟活的蛙类体表还生存着兰黑紫色杆菌，这些细菌会生产抗真菌的化合物，如吲哚-3-甲醛和紫色杆菌素，这些化合物只需要极低剂量就足以阻碍蛙壶菌的生长。[10] 这和人类提取青霉菌代谢产物青霉素抵抗细菌感染几乎如出一辙。
无论非洲爪蛙为人类的医学事业做了多少贡献，它对于原产地南非以外的许多国家都属于入侵物种。
如果当地青蛙恰好没有抵抗力，比如我国的林蛙、美国黄腿山蛙，还有诸如南方双带河溪螈、杰斐逊钝口螈、三锯拟蝗蛙、蟋蟀雨蛙、霍氏锄足蛙、南方豹蛙、里奥格兰德豹蛙及撒丁山螈这些两栖动物，就只能自求多福了。
生活在在加拿大英属哥伦比亚蟾蜍山（Toad Mountain）的斑蟾（Atelopus）正面临着蛙壶菌的威胁，现已处于濒危状态。
最后友情提示一句，虽然非洲爪蛙能在各大花鸟鱼虫市场买到，但要到一岁左右才能达到性成熟，所以如果你想买来当「工具蛙」测试，还请耐心饲养一年哦～（策划：gyouza）
致谢：本文经浙江省动物学会常务副秘书长、浙江大学生命科学学院发育生物学副教授 黄晓、纽约大学医学院博士（生物化学，发育生物学方向）陈若愚 专业审核
非洲爪蛙（Xenopus Laevis）是一种经典的两栖类模式动物，被广泛用于生命科学和医学研究。但由于其型成熟周期过长（1～2年），而且其基因组是假四倍体（allotetraploid），因此并不是功能基因组研究的理想模式生物。
在非洲爪蛙的近亲中，热带爪蛙（Xenopus tropicalis）由于是真正的二倍体（diploid）而且性成熟期只有 4～6 个月，因此目前正成为替代非洲爪蛙的两栖类模式动物。
在进化上，热带爪蛙比非洲爪蛙更原始，非洲爪蛙的基因组是由它们的两种共同二倍体祖先蛙的基因组融合后产生的。
更为有意思的是，热带爪蛙和非洲爪蛙之间是可以「杂交」的，但只能是热带爪蛙的精子和非洲爪蛙的卵子结合才能产生杂种个体，而反过来的受精卵却是不能发育成个体的，因此它们又是研究基因组进化和稳定性的极佳模式。
在个体的发育过程中，蛙的幼体蝌蚪成为成体要经历一个「变态（metamorphosis）」过程，这依赖于甲状腺激素的功能。在这个过程中，各种器官尤其是消化道的形态要进行「重塑」，因此这一过程也是进行内分泌研究的良好模式。
近来，得益于基因编辑技术的助力，爪蛙正在成为细胞生物学、发育生物学、基因组学、遗传学、再生生物学、神经生物学、毒理学、免疫学等科学研究的极好模式实验动物。
作为「验孕工具蛙」或实验动物重复使用时，最好让雌蛙有 2 个月左右的间歇时间，这样可以保证催产出来卵的足够数目和质量。
[2] Hogben. (1964) History of the Hogben Test. Br Med J 1946;2:554
[3] HOGBEN, L., CHARLES, E. and SLOME, D. (1931). Studies on the pituitary. VIII. The relation of the pituitary gland to calcium metabolism and ovarian function in Xenopus. J. Exp. Biol. 8: 345-354.
[5] Elsdale T. R., Gurdon J. B., Fischberg M. (1960). A description of the technique for nuclear transplantation in Xenopus laevis. J. Embryol. Exp. Morphol. 8, 437-444.
[6] Gurdon J. B. (1962). The developmental capacity of nuclei taken from intestinal epithelium cells of feeding tadpoles. J. Embryol. Exp. Morphol. 10, 622-640.
[7] Gurdon J. B., Uehlinger V. (1966). “Fertile” intestine nuclei. Nature 210, 1240-1241.
[10] Brucker RM, Harris RN, Schwantes CR, Gallaher TN, Flaherty DC, Lam BA, Minbiole KP. Amphibian chemical defense: antifungal metabolites of the microsymbiont Janthinobacterium lividum on the salamander Plethodon cinereus. J Chem Ecol. 2008 Nov;34(11):1422-9.