克隆大熊猫功败垂成
2022-12-29陈芳董瑞丰
在克隆领域,甚至在现代科学史上,第一只克隆羊“多利”的诞生都堪称是最轰动的成果之一。
这只诞生在苏格兰的小羊,一夜之间登上全世界各大报纸的重要版面,成为有史以来最著名的绵羊。它的诞生,证明了哺乳动物也可以克隆并正常成活。从此,一股“克隆热潮”席卷全球,鼠、牛、狗等哺乳动物如雨后春笋般被克隆出来,“克隆人”也成为科幻电影的热门主题。
受到“多利”羊的鼓舞,中国科学院动物研究所研究员陈大元,决心用克隆技术来帮助拯救国宝大熊猫。
陈大元早年师从中国实验胚胎学、中国海洋科学研究奠基人童第周先生,深受后者在科学上大胆探索的影响。克隆羊还没诞生之前,陈大元已经着手进行动物体细胞克隆的研究,但这是一个充满荆棘的“无人区”,令许多人望而却步,陈大元有些孤掌难鸣。
“多利”羊的成功,给克隆研究打了一剂强心针,先前一些犹豫观望的人也觉得克隆“有戏”了。陈大元顺势提出克隆大熊猫的主张。
为什么选择大熊猫作为克隆对象?
作为中国的国宝级保护动物,大熊猫在全世界享有盛名,在国内外有着成万上亿的“粉丝”。但大熊猫的繁殖能力差,幼仔成活率很低。陈大元认为,既然有性繁殖手段不能完全达到扩大熊猫种群的目的,采用克隆技术作为补充,也是保护大熊猫的一个好途径。
不过,要成功克隆大熊猫,必须迈过两道坎:一是细胞核移植;二是卵细胞移入子宫,让它发育直至变为幼仔降生。
哺乳动物之所以比鱼类或两栖类动物难克隆,不仅因为卵细胞更小、更不易操作,还因为哺乳动物需要一个“孕妇”,而不同“孕妇”的“娇贵”程度不同。熊猫“孕妇”是其中最“娇贵”的之一。
要知道,没那么“娇贵”的羊虽然当时已经克隆成功了,但这一成功的背后,有着为数众多的失败案例。英国科学家在实验中一共用了277枚卵细胞来接受细胞核移植,最终成功诞生了一只“多利”羊,成功率仅有0.36%。换句话说,克隆羊的首次诞生,其实带有一定的偶然性。
即便二十多年后的今天,克隆技术不断成熟,成功率已经大大提高,大型哺乳动物从体细胞到克隆胚胎的成活率仍徘徊在10%左右,加上饲养过程中的死亡率,最终的克隆成功率也只有5%~6%。
了解了这一背景,再回过头看大熊猫的克隆,我们就知道难度有多大了。当时,硕果仅存的大熊猫数量总共才1000只左右,每年能排出成熟卵子的雌性大熊猫只有大约100只,要获取多个成熟卵细胞进行克隆实验,几乎毫无可能——这些极其宝贵的卵细胞如果可以用来做实验,绝大多数还要留给技术更成熟、成功率更高的人工授精。
用大熊猫自己的卵细胞做克隆,此路显然不通。陈大元决定用兔子的卵细胞来做“替身”,把大熊猫的体细胞核放到兔子的去核卵细胞中,看能否发育成胚胎。
第一批大熊猫的体细胞来自福建。一天,陈大元突然接到福州大熊猫中心的电话,电话里言简意赅:当地有一只大熊猫奄奄一息。放下电话,陈大元连夜坐飞机从北京飞到福州。等他赶到时,那只大熊猫刚刚死去几分钟。陈大元赶紧提取了大熊猫的体细胞,并将其细胞核移植到去核的兔子卵细胞中。
由于之前研究打下的坚实基础,这次实验非常顺利,兔子的卵细胞和熊猫的细胞核兼容了,发育成了多个相当优质的胚胎。
下一步就是将胚胎送入子宫。让很难怀孕的雌性大熊猫“舍弃”一次宝贵的怀孕机会来做实验,显然也不现实,陈大元这次选择用猫来做“代孕妈妈”。之所以这么选择,是因为猫的个头较小,容易控制,而且生殖规律与熊猫相近。
为了让“代孕”的母猫更好地接纳这个“外来户”胚胎,陈大元想了个“鱼目混珠”的办法:将“外来户”胚胎移植入猫子宫里的同时,把猫自己的受精胚胎也移植进去。
时间一天一天过去,大多数“代孕妈妈”都没有动静,但有两只母猫成功地怀孕了,这让科学家非常兴奋。可惜的是,好运没有持续太久,因为一场肺炎,两只“代孕”母猫倒下了。
经过解剖,陈大元和同事们发现,一只“代孕”母猫的子宫里已经有7个胚胎成功“着床”,其中2个胚胎的遗传物质来自大熊猫。这意味着,克隆大熊猫的第二道坎也很有希望迈过去了。
离成功如此之近,让科学家一度以为很快便可以收获胜利的果实。但随后的进展却让人沮丧。
从1998年成功培育出异种胚胎以后,在长达7年的时间里,陈大元的研究总是在最后一步卡壳。“代孕妈妈”与胚胎之间的发育程序无法协调一致,胚胎不能继续长大,母体怀的始终是死胎。研究人员也曾改用黑熊作为“代孕妈妈”,但情况大同小异:虽然顺利怀孕了,也形成了胎儿,却总是没法“坚持”到发育成型的一刻。用陈大元自己的话来说,“就差最后半步”。
外界的批评接踵而至。克隆大熊猫的计划虽然有着一定的舆论支持,也顺利获得科技部和中科院的项目经费,但长期从事大熊猫保护的部分专家对此持反对意见。反对的声音认为,用克隆方式保护大熊猫是搞错了方向,大熊猫通过野外放养的自然交配和动物园里的人工授精,已经大大降低了灭绝风险,而且通过这两种方式,可以有效维持遗传多样性。相反,克隆不仅无法拯救作为一个种群的大熊猫,而且费时费力,白白消耗大量可以用于保护大熊猫的资源。
研究上接连的碰壁和外界的质疑声,让陈大元感到孤独。他经常会回忆起老师童第周。许多年前,老师曾经向他说起一个“匪夷所思”的实验:把洋葱的细胞放到鱼卵子里去,看洋葱细胞核能否在里面发育。这样大胆的想法和默默坚守的科研道路,难道不是一样的吗?
2005年,陈大元申请的项目课题到期,不再有新经费支持他的大熊猫克隆实验。他决定自掏腰包,把自己的积蓄拿出来作“最后一搏”。如果“搏”成了,异种母体能够怀孕并生出克隆大熊猫,或许将成为地球生命史上的一个里程碑……
克隆大熊猫能成功吗?陈大元也说不准,科学的事情谁都没法打保票。但他就是不死心,想试试。在他看来,克隆大熊猫并不会替代人工繁殖,这只是保护濒危动物的方法之一,如果成功了,不仅可以帮助拯救许多濒危动物,更重要的是,这一异种克隆的技术,可以用于人类临床医学,为人体器官移植找到解决办法。如果将克隆技术与转基因技术结合,还可以用于全新的生物医药研发。
“如果最后做不成功会怎样?”很多人问陈大元这样一个问题。
“那起码能告诉后人,以后不要走弯路。如果问题出在科技水平上,就让后人再用高科技来解决。”陈大元说。
(摘自人民出版社《巨变:中国科技70年的历史跨越》)