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讓動物“起死回生”

 大科技雜志社 2019-11-08

今天人類制造著前所未有的物種大滅絕事件,每天會有高達(dá)100種物種從地球上消失。人類對生態(tài)的破壞,會導(dǎo)致生機(jī)勃勃的地球失去生物多樣性嗎?

或許我們不必太擔(dān)心,因為現(xiàn)在有不少方法能讓動物“起死回生”。

通過DNA重生

還記得《侏羅紀(jì)公園》嗎?恐龍的復(fù)活是由于科學(xué)家獲得了恐龍的基因,隨后成功克隆,而克隆技術(shù)現(xiàn)在是幫助滅絕動物們重生的方法之一。那么,具體來說,克隆技術(shù)又是如何操作的呢?

就像《侏羅紀(jì)公園》里的恐龍一樣,科學(xué)家們要想復(fù)活它們,就需要找到這些動物們可用的遺傳物質(zhì),并從中提取DNA。

不過,獲取這些DNA片段的序列只是第一步。接下來的主要任務(wù)是將這些片段拼接成完整的基因組。這一過程非常復(fù)雜,需要不斷地對DNA片段測序,最后再用計算機(jī)將大量的隨機(jī)測序的片段進(jìn)行自動拼接。如果滅絕動物的整個基因組序列被測定后,下一步就是用它來創(chuàng)建一個滅絕動物。

這時也會有兩種方法。一種方法是將實驗室合成的滅絕動物的細(xì)胞核植進(jìn)其他代孕動物的卵子中,而這些動物的細(xì)胞核會事先被移除。所以代孕動物們最終將會生出與滅絕動物有高度基因相似性的新物種。

另外一種方法是利用從滅絕物種中提取的DNA,植入代孕動物的細(xì)胞系中,讓這些基因逐步替換掉其近親染色體上的相關(guān)區(qū)域,再經(jīng)過重復(fù)的傳代繁殖,最終能使滅絕動物們重生。

克隆可能還不是最好的方法。如果滅絕的物種近親仍然活著,研究者們可以用更簡單的方法,通過編輯現(xiàn)存近親的基因組,來恢復(fù)滅絕物種的基因序列。

根據(jù)這一方法,研究者們將仔細(xì)辨別滅絕物種基因組與其現(xiàn)存近親基因序列中不同之處。隨后,用滅絕物種特有的基因序列,取代其近親原有的基因序列,最終創(chuàng)造出在外貌上和基因組上,跟滅絕物種一樣的生物種類。

這一方法最大的挑戰(zhàn)是,需要科學(xué)家們精準(zhǔn)把握基因組是如何影響生物解剖和行為的,否則很容易使得復(fù)原的滅絕動物出現(xiàn)差錯。

更簡單的方法

上述幾種辦法得以實施,都基于兩個條件:首先,在化石中有足夠多的滅絕生物的DNA;其次能夠找到與滅絕物種親緣關(guān)系很近的物種,才有孕母將滅絕物種的克隆體給生出來。那么,如果已經(jīng)滅絕的物種的DNA完全丟失了,動物們是否還有復(fù)活的可能?答案也是肯定的,這種技術(shù)就是復(fù)育。

復(fù)育可以繞過復(fù)雜的基因編輯技術(shù),通過挑選出與滅絕物種相似的個體,最后再通過逐代選育來恢復(fù)滅絕動物的基因組。   

然而,如果不用DNA編輯技術(shù),科學(xué)家們怎么知道滅絕動物長什么樣呢?這就需要結(jié)合其現(xiàn)存近親的遺傳學(xué)、動物考古學(xué)等多方面的研究成果,甚至還需要參考史前繪畫,才能最終敲定滅絕物種的解剖學(xué)特征。

現(xiàn)在,科學(xué)家們正在利用這一技術(shù),復(fù)活原牛。

原牛是現(xiàn)代家牛的祖先,但其體型更大、四肢更健壯。它們在地球上存活了超過25萬年,在1.7萬年前,還曾被原始人類繪制下來,成了今天法國拉斯科洞穴壁畫中的壁畫。直到17世紀(jì),原牛還存活著,但由于瘟疫、棲息地減少等原因而最終滅絕于1645年。

為了復(fù)原原牛,科學(xué)家們會事先根據(jù)各方面研究成果,設(shè)計出原牛的解剖學(xué)特征,隨后找到與原牛有一些共同特征的現(xiàn)代牛品種,最后讓這些牛進(jìn)行配種。

2008年,培育出來的結(jié)果表明,第二代新品種牛已經(jīng)在外形上跟原牛有75%的相似度,它們體格高大、四肢修長,毛色呈黑色,沿脊椎分布著類似鰻魚的條紋。略為遺憾的是,它們在牛角的形狀上還與原牛有很大的不同。不過,科學(xué)家們相信只需要再培育6~7代,大概用10年的時間,就能達(dá)到想要的結(jié)果。

而在2014年,科學(xué)家們還在英國洞穴里發(fā)現(xiàn)了6700年前的原牛的腿骨,提取出了原牛的基因組。當(dāng)科學(xué)家們用復(fù)育的方法培育出來的新的牛品種與原?;蝾愃坪?,原牛將真的能復(fù)活!

巨大的爭議

雖然現(xiàn)在復(fù)活滅絕物種,并不是什么難事,但這些技術(shù)引發(fā)了巨大爭議。

一個關(guān)鍵性的問題是這些技術(shù)都無法復(fù)制出100%的滅絕物種。比如人們可以利用克隆技術(shù),讓滅絕物種的“親戚”們幫忙代孕,但代孕者自身的線粒體DNA還存在著,這是否會影響代孕的胚胎?雖然能通過編輯一只帶尾鴿的基因組,復(fù)活旅鴿,但你最終會創(chuàng)造出一只具有部分帶尾鴿特征的旅鴿。而且使用猜測的方式填補滅絕物種的丟失基因,也可能會創(chuàng)造出新的物種。

 另外一個問題是我們該優(yōu)先選擇復(fù)原哪些物種?一些人認(rèn)為我們可以復(fù)原一些大眾非常喜愛的物種,比如猛犸象,這也可以為動物園創(chuàng)造一筆可觀的收入,也是許多科學(xué)家們熱心做的。但另外一些人認(rèn)為一些沒那么“熱門”的動物更值得研究。這些動物滅絕了,會導(dǎo)致連鎖效應(yīng),讓其他物種也會滅絕。比如,在澳大利亞沙漠中曾經(jīng)生活著一種巢鼠,它在生態(tài)中就曾扮演著重要的作用,這種巢鼠有非常高的建筑天賦,能建造超過3米長、1米高的巢穴。在平坦的沙漠中,這個凸起的建筑,為許多爬行動物和昆蟲提供了涼爽的家園。所以,巢鼠的存在,可以促進(jìn)沙漠里生物的多樣性。而復(fù)活這種老鼠的技術(shù)并不復(fù)雜,它們繁殖迅速,生命周期短,復(fù)活后,在5-10年內(nèi)數(shù)量就能達(dá)到一定規(guī)模。

但顯然,沒有人愿意為復(fù)活一只老鼠花費高額成本。所以,即便我們有了能讓滅絕動物復(fù)活的技術(shù),我們也很難實施。

目前看來,保護(hù)好現(xiàn)在的物種,減少對它們的傷害才是人類最明智的選擇。

本文源自大科技<科學(xué)之謎> 2017年第7期雜志文章 歡迎讀者們關(guān)注大科技官微:hdkj1997

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