科學(xué)家們怎樣復(fù)活已滅絕的物種？

選擇性育種

我們開展選擇性育種已經(jīng)數(shù)百年了。我們對狼進(jìn)行配種，從而創(chuàng)造出馴養(yǎng)的狗。

當(dāng)一個(gè)種群生活區(qū)域較大，其中的物種就會被隔離。隔離種群有可能進(jìn)化成為分離的物種，有時(shí)他們也能互相交配孕育后代。如果種群外觀不同但可以互相交配孕育后代，那它們只是同一物種的亞種，而并非不同的物種。

白氏斑馬（Quagga）是生活在南非平原的草原斑馬（plains zebra）的近親。它們有像普通斑馬一樣的深色條紋，只不過它們的背部是深咖啡色。最后一頭白氏斑馬于19世紀(jì)80年代在阿姆斯特丹動(dòng)物園死去，沒有人清楚它們是斑馬的一個(gè)亞種，還是完全不同的物種。1959年，一位南非博物館的工作人員，萊因霍爾德·勞（Reinhold Rau）在白氏斑馬曾經(jīng)棲息的山上發(fā)現(xiàn)了保存完好的白氏斑馬皮，通過20世紀(jì)80年代早期對此的一次DNA分析，顯示白氏斑馬是草原斑馬的一個(gè)亞種。因這個(gè)發(fā)現(xiàn)勞創(chuàng)建了白氏斑馬項(xiàng)目，旨在通過草原斑馬的選擇性育種，讓白氏斑馬重返世界。但如今該項(xiàng)目的選育人員聲明它們創(chuàng)造出的不是原先的白氏斑馬，而是他們根據(jù)圖片創(chuàng)造出的一種新的動(dòng)物。

白氏斑馬（ 圖片提供：弗雷德里克?約克（Frederick York 1903年）[公共領(lǐng)域]，來源：維基共享）

 

歐洲野牛的回交育種

回交育種是一種特殊的選育過程，使馴養(yǎng)動(dòng)物能重新獲得其野生滅絕祖先的一些性狀。

歐洲野牛是家牛的野生祖先，是許多歐洲生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵物種，但它們在1627年滅絕了，在舊石器時(shí)代的洞穴壁畫上可以看到它們的形象。如今，許多古老的歐洲家牛品種仍保留著一些歐洲野牛的獨(dú)特性狀基因。“真實(shí)自然基金會”的創(chuàng)始人亨利·柯克迪克·奧滕（Henri Kerkdijk-Otten），想要通過對歐洲野牛的近親回交育種重建這種生物。回交育種的歐洲野牛只是該基金會希望重建并帶回自然保護(hù)區(qū)的物種之一，其他的還有野馬、美洲野牛以及水牛。該基金會將把生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目與盈利結(jié)合起來，例如自然旅游，銷售復(fù)活滅絕動(dòng)物的肉，皮，角，骨頭和頭骨。

歐洲野牛（作者：皮爾森?斯科特?弗林弗曼（Pearson Scott Foresman）[公共區(qū)域]，來源：維基共享）

 

克隆

動(dòng)物體具有三種類型的細(xì)胞：

1. 體細(xì)胞—高度分化的細(xì)胞，如皮膚、肝、血細(xì)胞。

2. 生殖細(xì)胞—配子如精子、卵子。

3. 干細(xì)胞—能轉(zhuǎn)變成任何細(xì)胞類型的細(xì)胞。

1996年，英國胚胎學(xué)家伊恩?威爾穆特（Ian Wilmut）應(yīng)用體細(xì)胞核移植技術(shù)創(chuàng)造了著名的克隆體：多莉（Dolly）羊。該技術(shù)用被克隆生物的體細(xì)胞中的細(xì)胞核替換宿主生物未受精卵細(xì)胞的細(xì)胞核。一旦體細(xì)胞的細(xì)胞核與宿主卵細(xì)胞融合，就會轉(zhuǎn)變成胚胎干細(xì)胞，受電脈沖刺激可以分裂、分化為胚胎細(xì)胞，再將胚胎細(xì)胞植入代孕母體子宮，就可以發(fā)育成為一個(gè)克隆體。

動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)有兩處含有DNA：一處是細(xì)胞核，另一處是細(xì)胞的動(dòng)力工廠線粒體。除非兩處的DNA都來源于同一物種的個(gè)體，因此在被克隆動(dòng)物和其克隆體之間存在遺傳差異。

一些胚胎在克隆過程中死于各種發(fā)育并發(fā)癥。各種先天性疾病在克隆體上很常見，一些克隆體在出生后很快死亡。這引發(fā)了對于克隆滅絕動(dòng)物的倫理質(zhì)疑。

第一個(gè)瀕臨滅絕的物種克隆體誕生于2001年。它是一只牛科動(dòng)物，取名叫諾亞（Noah）,出生兩天后死亡。2003年又誕生了第二個(gè)瀕臨滅絕的物種克隆體，這是一只爪哇野牛，它在圣地亞哥（San Diego）動(dòng)物園生活了7年。

在創(chuàng)造現(xiàn)存物種的克隆體方面，克隆技術(shù)表現(xiàn)尚佳。如果整個(gè)物種都滅絕了，就只能用與之體型大小類似的相關(guān)動(dòng)物做代孕母體。如果胎兒在另一物種的子宮內(nèi)生長，發(fā)育的環(huán)境會影響基因表達(dá)。攝取的食物與微生物群落相互作用也會影響基因表達(dá)，進(jìn)一步導(dǎo)致克隆出的動(dòng)物與初衷大相徑庭。

盡管在克隆還有許多未知因素，一些人已經(jīng)嘗試通過克隆去滅絕，幾近成功。世界上第一個(gè)復(fù)活的滅絕動(dòng)物于2003年出生，由已滅絕的布卡多山羊卵細(xì)胞移植到代孕山羊體內(nèi)發(fā)育而成。但它出生后十分鐘就死了。

 

遺傳工程

基因修飾的早期實(shí)驗(yàn)曾使用X射線創(chuàng)造DNA突變。通過對植物和昆蟲進(jìn)行輻照，科學(xué)家創(chuàng)造出許多谷物和蔬菜的變種。

19世紀(jì)70年代，科學(xué)家們發(fā)明了基因融合技術(shù)，可以將不同生物的基因合成為一個(gè)DNA分子。

如今，計(jì)算機(jī)服務(wù)器已經(jīng)存儲了成千上萬種生物的基因序列數(shù)據(jù)庫，為以奇妙方式創(chuàng)造出自然界中不存在的組合基因提供了可能性。

 

基因編輯

21世紀(jì)初，分子生物學(xué)家開發(fā)出了人工酶，這些酶能夠識別基因組上特定位點(diǎn)，替換或者刪除那里的基因，這項(xiàng)技術(shù)稱為基因編輯。鋅指核酸酶（zinc-finger nucleases）和轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶（TALEN）就是兩種這樣的工具酶，但它們成本較高，操作復(fù)雜且不精準(zhǔn)。

 

CRISPR

在細(xì)菌的基因組中，研究人員發(fā)現(xiàn)了具有重復(fù)回文結(jié)構(gòu)的DNA片段——其序列從左到右與從右到左讀起來相同，在這些重復(fù)的回文序列中散布著大量間隔序列，這種DNA序列被稱為規(guī)律間隔成簇短回文重復(fù)序列（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats），簡稱CRISPR。

事實(shí)上，CRISPR是一個(gè)細(xì)菌保護(hù)自己抵御病毒入侵的病毒DNA數(shù)據(jù)庫。如果入侵者的DNA與該數(shù)據(jù)庫匹配，就表明該入侵者曾經(jīng)感染過其祖先。這種情況下，細(xì)菌就會合成一種叫做Cas9的酶，這種酶像一把分子剪刀，將入侵病毒的DNA剪碎，同時(shí)細(xì)菌會將一些病毒DNA碎片存儲在CRISPR的間隔序列中，以防將來受到該病毒的入侵。

2012年，兩位科學(xué)家艾曼紐?夏彭蒂（Emmanuelle Charpentier）和珍妮弗?杜納（Jennifer Doudna）演示了CRISPR如何編輯任意的基因組。這個(gè)編輯體系包含RNA引物，Cas9酶以及DNA模板，RNA引物定位Cas9酶在基因組的什么位置切斷并插入DNA模板，可以使用多個(gè)RNA引物和多個(gè)DNA模板在基因組的多個(gè)位置同時(shí)進(jìn)行操作。

研究人員正在開發(fā)CRISPR技術(shù)來修復(fù)可能導(dǎo)致慢性疾病和致死疾病的基因突變。另外，CRISPR還被用于向?yàn)l危物種的基因組中增加突變以提高其遺傳多樣性。

2015年4月，一個(gè)中國的研究組宣布他們使用CRISPR編輯了人類胚胎。他們試圖改變導(dǎo)致β地中海貧血癥——一種致死的血液疾病的基因突變。雖然胚胎最終沒有成活，但其結(jié)果發(fā)出了重要警告，基因編輯的胚胎總有一天會發(fā)育成真的人類。

 

合成基因組

一種實(shí)現(xiàn)去滅絕的野心勃勃的方法是在實(shí)驗(yàn)室中合成滅絕動(dòng)物的整個(gè)基因組，將它輸入其活著的近親的卵細(xì)胞內(nèi)，隨后將這個(gè)卵細(xì)胞移植到代孕子宮中讓它發(fā)育成動(dòng)物幼體。到目前為止，研究人員可以制造出長達(dá)成千上萬個(gè)堿基對的DNA序列，但還不能制造出幾十億個(gè)堿基對的序列，比如猛犸象基因組。而且，基因組中還包含又多又長的重復(fù)序列，這些序列連測序都困難，更別說合成了。普遍認(rèn)為，當(dāng)存在其他可行的方法時(shí)，基因組合成的成本太高了。

如今的去滅絕研究依賴于選擇育種，克隆和基因編輯。如果你不關(guān)心基因庫的精確性，那么選擇性育種是既便宜又簡單的辦法；如果克隆細(xì)胞核基因組與宿主線粒體基因組兼容，那么克隆體會更接近滅絕動(dòng)物；基因編輯是比較萬能的技術(shù)，但其產(chǎn)生了一系列涉及物種間兼容性和可靠性的問題。

 

在線視頻

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