复活袋狼
2018-07-31石楠
石楠
在澳大利亚西北部海岸的丹皮尔。巨大的岩石堆积在印度洋明亮的蓝绿色海水中。6万年前,这些岩礁曾经是广阔平原上的山顶,那里生活着澳洲早期原住民和千奇百怪的动物。当地原住民在深红色的岩石上雕刻作画,记录他们的日常生活和常见的动物。
在这些岩画中,有一种动物出现了20多次,它们外形像是狼,背部却有着类似虎皮的条纹,而它们的腹部像袋鼠一样有一个育儿袋。这种动物就是袋狼,又被称为“塔斯马尼亚虎”。它们曾经在澳大利亚和新几内亚的大部分地区都很常见。
大约3000年前,或许是由于环境的变化,袋狼从澳洲大陆消失了,但它们在塔斯马尼亚岛的森林中获得了立足之地。然而到了19世纪,袋狼却被欧洲人猎杀殆尽。1936年,最后一只袋狼在澳大利亚霍巴特动物园去世。近两个世纪以来,澳大利亚灭绝的物种数不胜数,但是袋狼在公众心目中占据着特殊的地位。人们频频声称“目击”了袋狼,不断寻找袋狼活着的证据,希望它还会出现在人们眼前。
最近,这种希望似乎有了实现的可能。2017年,墨尔本大学的安德鲁·帕斯克宣布,他的研究团队从墨尔本博物馆的袋狼幼崽标本中提取到了保存情况较好的DNA,并成功对其整个基因组进行了测序。有了袋狼的基因组,科学家将有望通过克隆技术实现袋狼的“去灭绝”。
从克隆羊到“去灭绝”
1996年,世界上第一只克隆哺乳动物——绵羊多利诞生了。此时,就有科学家宣称,克隆袋狼“只是时间问题”。
多利的遗传物质主要来源于一只成年母羊的乳腺细胞。科学家将乳腺细胞的细胞核吸出,并转移到另一只母羊的去核卵细胞中。融合了转移细胞核的卵细胞在合适条件下开始增殖、分化,像普通受精卵一样形成胚胎。
但完全相同的方法并不适用于克隆袋狼。袋狼早已灭绝,虽然研究人员从博物馆的标本中得到了袋狼的DNA,但却不可能获得有活性的细胞核或卵细胞。那么,如何在缺少这些重要成分的情况下进行克隆呢?
科學家试图以亚洲象(左)为“母本”,通过基因编辑技术和克隆技术复活猛犸象(右)。
那就要借助袋狼的现代“亲戚”了。在电影《侏罗纪公园》中,科学家从琥珀中保存的一只吸食过恐龙血液的蚊子体内提取到了恐龙的DNA,参考爬行动物和鸟类的基因填补恐龙基因组残缺的部分,再将改造后的DNA注入鳄鱼卵中,克隆m了恐龙。虽然电影中的情节并不完全符合科学事实,但这种别出心裁的克隆方法在现实中还是有可取之处的。哈佛大学的遗传学家乔治·丘奇正试图以类似的方式克隆猛犸象。
实现猛犸象复活的关键工具是一套精确、高效的基因编辑系统。利用这一工具,科学家可以对活细胞的特定基因进行修改或删除。丘奇的方案是对亚洲象(猛犸象的现代“近亲”)的某些关键基因进行编辑,将其转化成猛犸象的相应基因,就像把一部现代小说变成中世纪的散文一样。当基因编辑成功后,研究人员就可以将细胞核移入亚洲象的卵细胞,令其发育成为出亚洲象和猛犸象“杂交”的胚胎。
获得基因蓝本
要想克隆已灭绝的动物,首先要获得其基因组。丘奇很幸运地从“冷冻”的猛犸象尸体中获得了相对完整的DNA。因为猛犸象生活在寒冷的地带,它们死后,冻土层像天然的冷库一样将一些尸体完整保存。但想要获取袋狼DNA则要困难得多,科学家只能从袋狼标本中取得其DNA。全世界现存的袋狼标本约有450件,分别由不同博物馆收藏。其中大多数标本仅存皮毛或骨骼,没有保留可利用的DNA,仅有13件为浸泡在酒精或甲醛中的袋狼幼崽标本。科学家曾经从澳大利亚博物馆的一件袋狼幼崽标本中提取出了DNA,但这些DNA降解过于严重,也没有利用价值。
科学家从酒精浸制的袋狼幼崽标本中提取到了袋狼的DNA片段。
帕斯克很明白,想要用从标本中提取的DNA拼凑出完整的袋狼基因组几乎是不可能的。因此,他的团队采取了“迂回路线”。帕斯克团队重点研究了鸭嘴兽、袋鼠和袋齁等其他有袋类动物的基因,试图从中找出有袋类动物的进化规律,从而推测袋狼的部分遗传信息。
在对大量有袋类动物基因组进行了测序和分析之后,科学家们大胆地尝试了另一项对袋狼的研究。2008年,科学家从大量碎片化的袋狼DNA中找到了一小段可识别的序列。通过与现代有袋类动物基因进行比较,研究人员确定这段序列属于一个与骨骼发育有关的基因。然后,研究人员将这个片段插入到小鼠细胞中,并观察到这一基因能在小鼠胚胎中表达。这一发现是令人鼓舞的。这意味着,即使科学家们不能获得完整的袋狼基因组,他们也可以从碎片化的袋狼DNA中获取一些关键基因的信息。
尽管如此,研究人员从少量袋狼DNA片段得到的信息还是有限的。帕斯克的团队花了10年从全球的袋狼标本中采样,希望获得尽可能多的、较完整的袋狼DNA。然而,大多数标本中的DNA都降解严重,很难分离出可供分析的片段。在帕斯克几乎放弃希望的时候,他在“家门口”找到了一个理想的标本。2010年,帕斯克在墨尔本博物馆落满灰尘的仓库中见到了一件用酒精浸制的袋狼幼崽标本。
研究人员提取了其DNA进行了检测,结果令人惊喜。与之前所有的标本不同,这一标本中的DNA片段平均长度达到1000个碱基对,这使科学家有可能完成基因组的“拼图”。帕斯克认为,这件标本能保留如此完整的DNA,很可能是因为它未经甲醛处理,直接就被浸泡到了酒精中。从这件标本提取到的DNA不仅片段长,而且含量很高。这意味着研究人员有了很多可参照的副本,可以更容易地纠正基因组“拼图”中可能出现的错误。
困难重重复活路
克隆袋狼比利用亚洲象复活猛犸象更具挑战性。虽然猛犸象灭绝的时间较早,但它们的遗传信息与亚洲象的重合度较高,需要基因编辑的部分并不多。然而,袋狼的祖先从600万年前就和其他有袋类动物“分道扬镳”,现存的有袋类动物和袋狼的亲缘关系都比较远。
帕斯克计划将袋食蚁兽的基因组作为基因编辑的“母本”,并准备对其基因组进行测序。生活在澳大利亚西部的袋食蚁兽是现存有袋类动物中与袋狼亲缘关系较近的“亲戚”之一,它们在3000万年前拥有共同的祖先。不过两者从外表上看没有多少相似之处,成年的袋食蚁兽只比松鼠稍大一点,而成年袋狼的重量约为30千克。尽管如此,根据帕斯克的推测,二者的基因相似度能达到95%。
但5%的差异仍然意味着巨大的基因编辑工作量,这需要高昂的成本。不过,随着基因工程技术的迅速发展,基因编辑的成本有望很快降低。帕斯克表示,他会暂时观望一些更容易实现的“去灭绝”项目,如复活猛犸象和旅鸽等,等到相关技术更加成熟、成本更低时再继续复活袋狼的研究。
如果有一天,科学家通过基因编辑技术得到了具有袋狼遗传信息的细胞核,那么接下来的一系列步骤是最难以预测和控制的:克隆一个胚胎,把它植入一个代孕子宫,并孕育出幼崽。
克隆技术的原理和基本操作看似不太复杂,但成功率却不高。而且用于制造多利羊的技术也难以直接应用于不同的物种。这也是为什么直到2017年,也就是在多利诞生21年之后,科学家才第一次克隆出灵长类动物的原因。
即使研究人员培育出了袋狼的胚胎,要使其发育为成體也很困难。目前,将胚胎植入子宫的技术已经十分成熟,但这些技术只适用于人类和绵羊这些胎盘类哺乳动物。对于胎盘类哺乳动物,科学家很清楚要在什么时机植入胚胎,怎样用激素使胚胎顺利着床。但人们对有袋类动物的妊娠过程和胚胎发育过程还知之甚少。
帕斯克计划让狭足袋齁做袋狼的“代孕母亲”。这种有袋类动物形似老鼠,生育能力很强。但狭足袋齁和袋狼的体型差异很大,如何能孕育出袋狼的幼崽呢?这就不得不提有袋类动物奇特的妊娠方式。有袋类动物的怀孕时间通常在两周左右,刚出生的幼崽个头非常小,发育程度很低,几乎还处于未成熟的胚胎状态。有袋类动物的育儿袋在一定程度上起到了胎盘的作用,幼崽必须在母亲的育儿袋里再生活一段时间才能发育完全。
袋食蚁兽是袋狼的“近亲”之一。
科学家计划用狭足袋鼩的子宫孕育袋狼胚胎。
刚出生的有袋类动物幼崽都非常小,发育不成熟,图为袋鼠幼崽。
由此,科学家想到了一个可行的方案:由狭足袋齁的子宫孕育袋狼幼崽,再将袋鼠的育儿袋作为“保温箱”,使幼崽发育成熟。后一过程又被称为“交叉哺育”,科学家曾用袋鼠的育儿袋哺育过袋獾等其他有袋类动物幼崽。尽管目前狭足袋齁的人工繁殖技术已经比较成熟,但帕斯克认为,要真正了解有袋类动物的生殖规律,至少还要10年时间。
回归自然问题多
如果之前的操作一切顺利,袋狼幼崽在出生9个月后就会长成一只幼年袋狼。接下来,科学家将面临一系列新问题:怎样让幼年袋狼顺利成长?克隆的袋狼会拥有像袋狼应有的习性吗?它们能否回归自然,形成野外种群?
根据历史上的记录我们可以看出,袋狼是很难进行人工饲养的动物。从1850年到1931年,美国和欧洲的多家动物园共饲养过224只袋狼,一些袋狼在运输过程中就死去了,还有很多袋狼无法适应动物园里的生活,不愿进食,没过多久就病饿而死。并且,所有被圈养的袋狼都没有留下任何后代。尽管现在动物园和动物保护机构的饲养条件已得到了极大改善,人工繁殖的技术也愈加纯熟,但这也不能保证袋狼能生活得很好。
过往的记录表明,袋狼很难适应人工饲养环境。
有学者指出,对袋狼进行人工饲养时,不仅要使其存活,还要教会它们基本的生存技能。在野外,动物必须学会觅食、保护自己、选择合适的配偶和抚育幼崽。历史上,有关野生袋狼行为习性的记录并不多。它们是如何觅食,如何交流,如何交配的呢?
动物的行为有的源于刻在基因中的本能,还有一些则需要后天学习。对袋狼的大脑研究显示,它们具有发达的额叶皮质,表明其很可能具有良好的记忆力和学习能力,这意味着袋狼可能有复杂的学习性行为。在自然条件下,幼年动物会模仿父母和群体中其他同类的行为,从而习得一些基本技能。但是克隆的袋狼无父无母,谁能承担教育它们的职责呢?
此外,还有学者担心袋狼种群遗传多样性的问题。由于克隆袋狼的基因是以同一份DNA为蓝本,这可能导致袋狼种群基因多样性不足,不利于繁殖后代。对此,帕斯克并不担心。他认为,袋狼的基因多样性可以通过基因编辑技术实现,这比将袋食蚁兽的基因组修改成袋狼基因组容易很多。
如果以上障碍都能被克服,那么科学家最终将努力达成“去灭绝”的终极目标:将袋狼放归野外。袋狼从前的栖息地——塔斯马尼亚岛现在拥有面积广阔的自然保护区,依然是最佳的“宜居环境”。有科学家主张将复活的袋狼种群直接放归“老家”,但也有人反对这样做,认为袋狼会破坏塔斯马尼亚岛现有的生态平衡。
还有一些学者认为,无论条件是否允许,都不应该复活袋狼。“去灭绝”是一项大工程,需要大量人力和资金投入,而这些资源其实可以用于保护更多的物种。很多专家认为,就维护生态平衡而言,拯救濒危物种的意义远大于复活早已灭绝的物种。如果过于关注已灭绝的物种而疏于对现存生物的保护,那只是进一退三罢了。
帕斯克也赞同这种观点,现在应该把资源倾向于保护濒危动物而非复活灭绝物种。但他同时也表示,如果相关技术的成本在15年内能大幅降低,复活袋狼绝对是值得一试的。他希望,再过几十年,或许一个世纪,袋狼能重返塔斯马尼亚岛的丛林之中。
袋狼的“老家”塔斯马尼亚岛,风光依然秀丽。