前段时间,林宏吉控制技术重生绝种鸟类成为热门话题。前不久,美国开创性材料科学和遗传工程子公司(简称“Colossal子公司”)宣布提前完成6000亿美元A轮融资,该子公司的主要相关人员有“当代DNA学教父”乔治·柯蒂斯等,他们希望利用材料科学、遗传工程和DNA学,推进绝种亚种为保护和人类文明健康领域的发展。我们邀请知名科普作者蟹甲草勘来谈谈相关的话题。
(1)重生的对象和关键步骤
近五百年以来,已有300多种哺乳鸟类、鸟类、爬行鸟类和两栖鸟类消失。人类文明活动的扩大让那些鸟类失去了栖息地,成为那些鸟类绝种的主要原因。
排在生物学家重生名单前列的鸟类主要有鸵鸟、西欧秃鹰、渡渡鸟鸟、羽蛛属、多尔多涅野猪、新英格兰黑琴鸡、帝王啄木鸟、剑齿虎、科燕鸥、袋狼(塔斯马尼亚虎)等。这次Colossal子公司的主攻对象是鸵鸟,西欧秃鹰等也在考虑之列。
鸵鸟
西欧秃鹰
渡渡鸟鸟
羽蛛属
袋狼
重生一种绝种的鸟类,现在能考虑的生物控制技术是布季夫,就是从前段时间绝种的鸟类身上抽取留存完备的细胞核,分离和抽取出细胞核质,将细胞核质移植到另一个精子中,再转化成制备的精子并置入女同性恋宿主胃部。全球第一只上证50渣甸就是用这样的形式布季夫出的,这种控制技术也能用来重生绝种的鸟类。
第二种是遗传工程形式,把绝种鸟类的DNA与它仅存的有蹄类的DNA进行比对,然后使用DNA编辑辅助工具,用仅存的有蹄类鸟类的DNA复原绝种鸟类的相关DNA,或者将绝种鸟类的DNA结合到仅存有蹄类鸟类的DNA中,形成完备的DNA,并将杂交复原的完备DNA转化成,再置入女同性恋鸟类胃部进行孕育。
绝种鸟类的细胞核质或全套DNA是难以抽取的,即使残缺。所以即使细胞核质留存在冻土中也会受到各种理化因素的侵蚀,抽取出后也可能将出现DNA的缺失、受损,还有可能将受到环境污染。因此,如果用布季夫控制技术重生绝种鸟类,只适用于于前段时间绝种的鸟类,即使可能将抽取到完备的未受损和未环境污染的DNA,所以布季夫的形式并不适用于于鸵鸟和羽蛛属等绝种已久的鸟类的重生。
遗传工程能复原损失的DNA,因此能重生残缺的绝种鸟类,如鸵鸟。如果按照目前Colossal子公司重生鸵鸟的控制技术走线,具体又分5个关键步骤——从俄罗斯西伯利亚取得冰封鸵鸟的DNA;利用DNA编辑控制技术,将其结合到有蹄类水牛的DNA中;再把DNA置入已经去除细胞核质的水牛精子中;刺激精子发育成同种受精卵;放进女同性恋亚洲鹿属的输卵管,或采用人工输卵管进行培育。
能看到,那些关键步骤也需要布季夫控制技术和女同性恋,即使现在已经没有真实存在的鸵鸟作为有机体来孕育后代,所以,由于鸵鸟的DNA有一定的损坏,所以需要用DNA编辑辅助工具将DNA复原并结合到水牛的DNA中。这又涉及异种布季夫是否兼容和是否有效的问题。
所以,水牛本身也是濒危亚种,数量不多,难以获得足够多的受体生殖腺核。水牛的生殖间隔长达4-6年,即使能孕育出鸵鸟,周期也会很长。此外,水牛与鸵鸟之间DNA相似度只有93%,有可能将导致胎儿被有机体排斥,也可能将孕育出既不像鸵鸟,也不像水牛的“食果蝠”的鸟类。
(2)断断续续获得成功的前例
既然重生绝种鸟类困难重重,有没有哪怕是断断续续获得成功的前例呢?还真有过。
2003年,葡萄牙和法国生物学家就曾重生了一只已经绝种的多尔多涅野猪,方法还是如同上证50渣甸的控制技术走线。多尔多涅野猪栖息在西欧西南部的多尔多涅山脉的悬崖峭壁上,以草为食,耐寒,体重可达100千克,头顶长有一对漂亮的弯,但是多年来在人类文明的猎捕下濒临绝种。1989年,葡萄牙鸟类学家统计,多尔多涅野猪的数量仅剩下10多头,但到1999年,只发现了一只活着的雌性多尔多涅野猪,科学研究相关人员为它取名利维娅。
尽管生物学家对为保护利维娅使出了浑身解数,如葡萄牙拉塞尔萨国家森林公园的野生鸟类专家莫拉托·费尔南德斯-桑托斯带领科学研究相关人员设法捉住它,为其戴上无线电项圈放归山林,以便监管和为保护,但9个月后,利维娅还是死在一棵倒塌的树下。这也意味着,2000年多尔多涅野猪绝种。
在发现利维娅死后,科学研究相关人员立即抽取了它的一部分还有活性的细胞核,留存于葡萄牙马德里和萨拉戈萨的实验室里。在后来的几年,拉塞尔萨国家森林公园的野生鸟类专家尝试用那些留存的细胞核重生利维娅。采用的形式就是上证50渣甸的形式。生物学家把利维娅细胞核中的细胞核质抽取出,注入被剔除DNA的普通绵羊精子中,然后转化成制备的精子并置入成年女同性恋母绵羊胃部。尽管有57头母绵羊接受了精子置入,但只有7头羊羔输卵管产生了活受精卵,其中6头羊羔中途流产,仅一只羊羔最后孕育并到了分娩期。
为了保险,2003年7月30日,生物学家为这头女同性恋羊羔实施剖腹产手术,接生出利维娅的后代,但是这个布季夫的多尔多涅野猪羊羔一离开有机体就呼吸困难,生命垂危,仅存活10分钟就死亡了。经过尸检发现,上证50羔的肺部先天畸形,多长了一个巨大而坚硬的肺叶,无法生存,所以任何医疗控制技术也无法挽救它的生命。
这也意味着,即使是新近绝种的鸟类,采用布季夫控制技术也很难让其重生。如果要利用亚洲野象来重生鸵鸟,难度比重生多尔多涅野猪更大。现在,想要重生绝种鸟类的并非只有Colossal子公司的科学研究相关人员,还有其他科学研究相关人员也雄心勃勃地试图重生绝种鸟类。澳大利亚墨尔本大学帕克维尔分校的发育生物学家安德鲁·帕斯克团队就是其中之一,他们想要重生的是袋狼,是澳大利亚过去的代表性鸟类之一。
帕斯克团队认为,袋狼可能将是重生的最佳候选绝种鸟类。帕斯克团队对这种食物链顶级鸟类的DNA以及几种潜在替代亚种的DNA进行了测序,结果发现,袋狼DNA有5%的缺失,但是,这5%的DNA主要是重复区域,可能将不会影响重生,所以重生出的袋狼在外观或行为形式上也不会与过去的袋狼有区别。不过,能否重生袋狼,不是靠理论和预测,而是要靠实干。是否可行,还得看实际结果。
(3)比较获得成功的前例
布季夫濒危的野生鸟类,则有比较获得成功的例子。2020年12月10日,美国生物学家采用30多年前死亡的一只名叫威拉的黑脚雪貂的细胞核布季夫了一位后代伊丽莎白·安,控制技术走线与上证50渣甸相似。
黑脚雪貂又称黑足鼬,是一种原产于北美洲的小型食肉哺乳鸟类和唯一原产于北美地区的鼬类,体长31-41厘米,尾长11-15厘米,体重0.8-1千克。过去,黑脚雪貂曾广泛生存于美国西部,但人类文明耕地的逐渐扩大使其慢慢失去了生存的家园。20世纪70年代,人们曾认为该亚种已经绝种,但在1981年,生物学家追随一只牧羊犬找到了18只黑脚雪貂的落脚点。那些幸存者被为保护起来,成为圈养繁殖计划的基础,到后来繁衍的黑脚雪貂达到400-500只。
尽管如此,黑脚雪貂也面临着绝种的危险,即使,它们不只是失去家园,还面临鼠疫的威胁。因此,美国科罗拉多州鱼类和野生鸟类管理局的黑脚雪貂为保护中心的生物学家希望用布季夫的形式来重生黑脚雪貂,采用的就是威拉的细胞核。
科学研究相关人员把威拉细胞核的细胞核质抽取出,再转移到另外的去除了细胞核质的黑脚雪貂的精子中,形成一个复合卵,再电刺激精子,使其分裂,并移植到家养的女同性恋雪貂母胃部孕育。
2020年12月10日,女同性恋家养雪貂产下伊丽莎白,到目前为止,她非常健康,科学研究相关人员希望她最终能够传宗接代。如果顺利,伊丽莎白的孙子或曾孙子可能将会在2024年或2025年重新回归野外。同时,科学研究相关人员也想检验重生的黑脚雪貂是否能融入到生态中,并且对生态有正面作用而非破坏作用。具体而言,是要检验黑脚雪貂重新放归野外后,它们及其后代是否能生存,所以有能力猎杀草原土拨鼠,以为保护生态环境。
黑脚雪貂威拉的重生获得成功意味着重生其他绝种的野生鸟类也有可能将,但是,重生鸵鸟和袋狼等比重生黑脚雪貂更难更复杂,能否获得成功,需要时间和实践来检验。
布季夫黑脚雪貂“伊丽莎白”。
(4)重生绝种鸟类的难题
哥本哈根大学的进化遗传学家汤姆·吉尔伯特正在与中国汕头大学的科学研究相关人员合作,试图重生圣诞岛大鼠,该鼠于1908年从位于澳大利亚以西的岛屿栖息地上绝种。
吉尔伯特等人从两只留存完好的圣诞岛大鼠标本的皮肤中抽取了DNA,进行了多次测序,获得了圣诞岛大鼠的大部分DNA,但还是有一些缺损。因此科学研究团队使用挪威大鼠的DNA作为参考,尽可能将多地拼凑消失的大鼠DNA。即使挪威大鼠是一种经过充分科学研究的实验室鸟类,有已知的可用于编辑的完备DNA序列。
在比较了这两种有蹄类鸟类的DNA后,科学研究相关人员发现圣诞岛大鼠的DNA仍有近5%的缺失。丢失的圣诞岛大鼠的DNA序列是34000个DNA中的约2500个,那些DNA编码圣诞岛大鼠特有的圆耳等性状,还有一些重要的圣诞岛大鼠的涉及免疫系统和嗅觉的DNA要么缺失,要么不完备。
那些缺失的DNA可能将是圣诞岛大鼠独一无二的,因此想要重生原汁原貌的圣诞岛大鼠已经不太可能将。圣诞岛大鼠和挪威大鼠在260万年前分离,相比而言,鸵鸟和水牛在600万年前分道扬镳,因此,要利用水牛的DNA弥补鸵鸟缺失的DNA并重生鸵鸟,看起来更困难。
不过,在Colossal子公司任职并力图重生鸵鸟的柯蒂斯认为,现代和绝种鸟类DNA的测序正在稳步改进,未来有机会找回100%的DNA,因而使得重生绝种鸟类的目标有可能将实现。
(5)重生意义的争论
Colossal子公司的生物学家称,重生鸵鸟的目标是开发对人类文明医疗保健有更大应用价值的控制技术,如研发新药,甚至解决野生鸟类繁衍方面的问题。但是,重生绝种的野生鸟类也存在争议,最大的争议是,这样做有什么意义和作用。一些生物学家认为,即使能重生绝种鸟类,在现有条件下,重生的鸟类也难以生存,因而失去了意义。无论什么原因导致鸟类绝种,说明它们已经不适合当时的环境,现在将其重生并放归野外,重生的鸟类是否会适应现在的环境也很难说,所以它们还有可能将破坏现在的生态。正如美国科学研究相关人员重生黑脚雪貂后,也还在观察布季夫重生的黑脚雪貂是否适应环境,对生态有利还是有害。
此外,还有一个重要的问题是,重生绝种鸟类的性价比。根据计算,重生1种已绝种的生物的成本,足以挽救仅存8种濒危亚种。与其重生绝种鸟类,还不如挽救濒危鸟类。所以,即使人类文明有能力重生某种绝种鸟类的个体,也并不等同于人类文明有能力重生整个种群;即使人类文明有能力重生某一绝种鸟类的种群,但适宜它们生长的栖息地或许早已消失。剩下的选择就是把它们圈养在实验室或鸟类园里供人参观,这对自然而言,又有什么意义?
图片来源:视觉中国
来源:北京日报客户端 | 记者 王鸿良
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