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復活一種滅絕的動物 現在可以考慮的是克隆

時間 2022-04-28 08:40:32 來源:北京日報  

,利用生物技術復活滅絕動物成為熱點話題。不久前,美國突破生物科學和基因工程公司(簡稱“Colossal公司”)宣布超額完成6000萬美元A輪融資,該公司的主要人員有“當代基因組學教父”喬治·丘奇等,他們希望利用生物科學、基因工程和基因組學,推進滅絕物種保護和人類健康領域的發展。

復活的對象和步驟

百年以來,已有300多種哺乳動物、鳥類、爬行動物和兩棲動物消失。人類活動的擴大讓這些動物失去了棲息地,成為這些動物滅絕的主要原因。

排在科學家復活名單前列的動物主要有猛犸象、歐洲野牛、渡渡鳥、旅鴿、比利牛斯野山羊、新英格蘭黑琴雞、帝王啄木鳥、劍齒虎、袋狼(塔斯馬尼亞虎)等。這次Colossal公司的主攻對象是猛犸象,歐洲野牛等也在考慮之列。

復活一種滅絕的動物,現在可以考慮的生物技術是克隆,就是從最滅絕的動物身上提取保存完整的細胞,分離和提取出細胞核,將細胞核移植到另一個卵細胞中,再激活合成的卵細胞并植入代孕宿主體內。全球第一只克隆羊多利就是用這樣的方式克隆出來的,這種技術也可以用來復活滅絕的動物。

第二種是基因工程方式,把滅絕動物的基因組與它現存的親的基因組進行比對,然后使用基因編輯工具,用現存的親動物的基因修復滅絕動物的相關基因,或者將滅絕動物的基因融合到現存親動物的基因組中,形成完整的基因組,并將雜交修復的完整基因組激活,再植入代孕動物體內進行孕育。滅絕動物的細胞核或全套基因組是難以提取的,因為年代久遠。而且即便細胞核保存在凍土中也會受到各種理化因素的侵蝕,提取出來后也可能出現基因的缺失、受損,還有可能受到污染。因此,如果用克隆技術復活滅絕動物,只適用于最滅絕的動物,因為可能提取到完整的未受損和未污染的DNA,所以克隆的方式并不適用于猛犸象和旅鴿等滅絕已久的動物的復活。

基因工程可以修復損失的基因,因此,可以復活年代久遠的滅絕動物,如猛犸象。如果按照目前Colossal公司復活猛犸象的技術路線,具體又分5個步驟——從俄羅斯西伯利亞取得冰封猛犸象的DNA;利用基因編輯技術,將其融合到親亞洲象的基因組中;再把基因組植入已經移除細胞核的亞洲象卵子中;刺激卵子發育成混種胚胎;放進代孕亞洲雌象的子宮,或采用人工子宮進行培育。

可以看到,這些步驟也需要克隆技術和代孕,因為現在已經沒有真實存在的猛犸象作為母體來孕育后代,而且,由于猛犸象的基因組有一定的損壞,所以需要用基因編輯工具將基因組修復并融合到亞洲象的DNA中。這又涉及異種克隆是否兼容和是否有效的問題。

而且,亞洲象本身也是瀕危物種,數量不多,難以獲得足夠多的受體卵母細胞。亞洲象的生殖間隔長達4—6年,即便可以孕育出猛犸象,周期也會很長。此外,亞洲象與猛犸象之間基因相似度只有93%,有可能導致胎兒被母體排斥,也可能孕育出既不像猛犸象,也不像亞洲象的“四不像”動物。

短暫成功的先例

既然復活滅絕動物困難重重,有沒有哪怕是短暫成功的先例呢?還真有過。

2003年,西班牙和法國科學家就曾復活了一只已經滅絕的比利牛斯野山羊,方法還是如同克隆羊多利的技術路線。比利牛斯野山羊棲息在歐洲西南部的比利牛斯山脈的懸崖峭壁上,以草為食,耐寒,體重可達100千克,頭頂長有一對漂亮的彎角,但是多年來在人類的獵捕下瀕臨滅絕。1989年,西班牙動物學家統計,比利牛斯野山羊的數量僅剩下10多頭,但到1999年,只發現了一頭活著的雌比利牛斯野山羊,研究人員為它取名塞利婭。

盡管科學家對保護塞利婭使出了渾身解數,如西班牙奧爾德薩國家公園的野生動物專家阿爾韋托·費爾南德斯-阿里亞斯帶領研究人員設法捉住它,為其戴上無線電項圈放歸山林,以便監管和保護,但9個月后,塞利婭還是死在一棵倒塌的樹下。這也意味著,2000年比利牛斯野山羊滅絕。

在發現塞利婭死后,研究人員立即提取了它的一部分還有活的細胞,保存于西班牙馬德里和薩拉戈薩的實驗室里。在后來的幾年,奧爾德薩國家公園的野生動物專家嘗試用這些保存的細胞復活塞利婭。采用的方式就是克隆羊多利的方式??茖W家把塞利婭細胞中的細胞核提取出來,注入被剔除DNA的普通山羊卵細胞中,然后激活合成的卵細胞并植入成年代孕母山羊體內。盡管有57頭母山羊接受了卵細胞植入,但只有7頭母羊子宮產生了活胚胎,其中6頭母羊中途流產,僅一頭母羊最后孕育并到了分娩期。

為了保險,2003年7月30日,科學家為這頭代孕母羊實施剖腹產手術,接生出塞利婭的后代,但是這個克隆的比利牛斯野山羊羊羔一離開母體就呼吸困難,生命垂危,僅存活10分鐘就死亡了。經過尸檢發現,克隆羊羔的肺部先天畸形,多長了一個巨大而堅硬的肺葉,無法生存,而且任何醫療技術也無法挽救它的生命。

這也意味著,即便是新滅絕的動物,采用克隆技術也很難讓其復活。如果要利用亞洲野象來復活猛犸象,難度比復活比利牛斯野山羊更大?,F在,想要復活滅絕動物的并非只有Colossal公司的研究人員,還有其他研究人員也雄心勃勃地試圖嘗試。澳大利亞墨爾本大學帕克維爾分校的發育生物學家安德魯·帕斯克團隊就是其中之一,他們想要復活的是袋狼,是澳大利亞過去的代表動物之一。

帕斯克團隊認為,袋狼可能是復活的最佳候選滅絕動物。帕斯克團隊對這種食物鏈頂級動物的基因組以及幾種潛在替代物種的基因組進行了測序,結果發現,袋狼基因組有5%的缺失,但是,這5%的基因主要是重復區域,可能不會影響復活,而且復活出來的袋狼在外觀或行為方式上也不會與過去的袋狼有區別。不過,能否復活袋狼,不是靠理論和預測,而是要靠實干。是否可行,還得看實際結果。

比較成功的先例

克隆瀕危的野生動物,則有比較成功的例子。2020年12月10日,美國科學家采用30多年前死亡的一只名叫威拉的黑腳雪貂的細胞克隆了一只后代伊麗莎白·安,技術路線與克隆羊多利相似。黑腳雪貂又稱黑足鼬,是一種原產于北美洲的小型食肉哺乳動物和唯一原產于北美地區的鼬類,體長31-41厘米,尾長11-15厘米,體重0.8-1千克。過去,黑腳雪貂曾廣泛生存于美國西部,但人類耕地的逐漸擴大使其慢慢失去了生存的家園。20世紀70年代,人們曾認為該物種已經滅絕,但在1981年,科學家追隨一只牧羊犬找到了18只黑腳雪貂的落腳點。這些幸存者被保護起來,成為圈養繁殖計劃的基礎,到后來繁衍的黑腳雪貂達到400-500只。

盡管如此,黑腳雪貂也面臨著滅絕的危險,因為,它們不只是失去家園,還面臨鼠疫的威脅。因此,美國科羅拉多州魚類和野生動物管理局的黑腳雪貂保護中心的科學家希望用克隆的方式來復活黑腳雪貂,采用的就是威拉的細胞。

研究人員把威拉細胞的細胞核提取出來,再轉移到另外的去除了細胞核的黑腳雪貂的卵子中,形成一個復合卵,再電刺激卵子,使其分裂,并移植到家養的代孕雪貂母體內孕育。

2020年12月10日,代孕家養雪貂產下伊麗莎白,到目前為止,她非常健康,研究人員希望她最終能夠傳宗接代。如果順利,伊麗莎白的孫子或曾孫子可能會在2024年或2025年重新回歸野外。同時,研究人員也想檢驗復活的黑腳雪貂是否能融入生態中,并且對生態有正面作用而非破壞作用。具體而言,是要檢驗黑腳雪貂重新放歸野外后,它們及其后代是否能生存,而且有能力獵殺草原土撥鼠,以保護生態環境。

黑腳雪貂威拉的復活成功意味著復活其他滅絕的野生動物也有可能,但是,復活猛犸象和袋狼等比復活黑腳雪貂更難更復雜,能否成功,需要時間和實踐來檢驗。

復活滅絕動物的難題

哥本哈根大學的進化遺傳學家湯姆·吉爾伯特正在與中國汕頭大學的研究人員合作,試圖復活圣誕島大鼠,該鼠于1908年從位于澳大利亞以西的島嶼棲息地上滅絕。

吉爾伯特等人從兩只保存完好的圣誕島大鼠標本的皮膚中提取了DNA,進行了多次測序,獲得了圣誕島大鼠的大部分基因組,但還是有一些缺損。因此研究團隊使用挪威大鼠的基因組作為參考,盡可能多地拼湊消失的大鼠基因組。因為挪威大鼠是一種經過充分研究的實驗室動物,有已知的可用于編輯的完整基因組序列。

在比較了這兩種親動物的基因組后,研究人員發現圣誕島大鼠的基因組仍有5%的缺失。丟失的圣誕島大鼠的基因序列是34000個基因中的約2500個,這些基因編碼圣誕島大鼠特有的圓耳等狀,還有一些重要的圣誕島大鼠的涉及免疫系統和嗅覺的基因要么缺失,要么不完整。

這些缺失的基因可能是圣誕島大鼠獨一無二的,因此想要復活原汁原貌的圣誕島大鼠已經不太可能。圣誕島大鼠和挪威大鼠在260萬年前分離,相比而言,猛犸象和亞洲象在600萬年前分道揚鑣,因此,要利用亞洲象的基因彌補猛犸象缺失的基因并復活猛犸象,看起來更困難。

不過,在Colossal公司任職并力圖復活猛犸象的丘奇認為,現代和滅絕動物DNA的測序正在穩步改進,未來有機會找回100%的基因組,因而使得復活滅絕動物的目標有可能實現。

復活意義的爭論

Colossal公司的科學家稱,復活猛犸象的目標是開發對人類醫療保健有更大應用價值的技術,如研發新藥,甚至解決野生動物繁衍方面的問題。但是,復活滅絕的野生動物也存在爭議,最大的爭議是,這樣做有什么意義和作用。一些科學家認為,即便能復活滅絕動物,在現有條件下,復活的動物也難以生存,因而失去了意義。無論什么原因導致動物滅絕,說明它們已經不適合當時的環境,現在將其復活并放歸野外,復活的動物是否會適應現在的環境也很難說,而且它們還有可能破壞現在的生態。正如美國研究人員復活黑腳雪貂后,也還在觀察克隆復活的黑腳雪貂是否適應環境,對生態有利還是有害。

此外,還有一個重要的問題是,復活滅絕動物的價比。根據計算,復活1種已滅絕的生物的成本,足以挽救現存的8種瀕危物種。與其復活滅絕動物,還不如挽救瀕危動物。而且,即便人類有能力復活某種滅絕動物的個體,也并不等同于人類有能力復活整個種群;即便人類有能力復活某一滅絕動物的種群,但適宜它們生長的棲息地或許早已消失。剩下的選擇就是把它們圈養在實驗室或動物園里供人參觀,這對自然而言,又有什么意義?(來源:北京日報作者張田勘)

標簽: 復活滅絕動物 考慮克隆 滅絕動物 復活意義的爭論

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