地球上的物种正在遭受新一轮大灭绝。根据国际自然保护联盟的记录,从1500年2009年灭绝的物种就有875个,那些未被记录就已从地球上永远消失的物种更不知道有多少。人们看着一个个物种从近危走向濒危、极危直至灭绝,同时人类的发展在加速这个过程。
北白犀(Ceratotherium simum cottoni)可能灭绝队伍里的下一种大型哺乳动物。北白犀野生种群早已灭绝殆尽,而圈养的也只剩下区区三头——一头年迈的雄性以及它的女儿与孙女。这个一度十分繁盛的物种似乎已然回天乏力。把它们逼到如此境地的人类,能不能反过来成为拯救它们?
雄性北白犀Angalifu,它已经在2014年去世。目前全球已知仅存的北白犀只剩下3头。图片来源:Sheep81/commons.wikimedia.org
靠我们高耸入云的科技树呀!你可能会说。的确,一些致力于拯救濒危动物的学者将求助的目光投向了辅助生殖技术,也就是人工授精以及克隆等手段。
这好像也不是什么天方夜谭:全世界有无数用于科研和育种的克隆鼠、牛、羊,医院里每年都有大量的试管婴儿呱呱坠地。似乎现代科技完全可以用来保护濒危动物,甚至复活已灭绝动物也不是不可能呀。于是最近,美国圣迭戈动物园保护研究所的奥利弗·莱德(Oliver A. Ryder)等人计划通过一系列技术手段将北白犀从灭绝边缘拉回来[1]。
利用各种现代技术维护北白犀的方案设想。原图来源:参考文献[1]
理想很丰满,但现实嘛……你懂的。
人工授精?克隆?可没那么容易
先说说人工授精。表面上看,人们只需要从母犀牛那里掏点卵子,从公犀牛那吸点精子然后放一块搅和搅和就完事了。但问题是现存唯一的一只雄性北白犀已经垂垂老矣,精子本就活力有限,而实验室里保存在液氮中的10只过世白犀的精子,经过冻融后活力也会远逊于新鲜精子。而人工授精的体外环境更是比犀牛的输卵管内要恶劣得多,所以让精卵自由结合这件事,恐怕没想象中的那般容易。
干脆好人做到底,把精卵结合的工作也一起包办了又怎么样呢?这倒也算是一种方案,以“单精注射”(ICSI)为代表的第二代人工授精技术,可以利用显微操作将精子直接注射到卵细胞当中去——这门技术已经让无数弱精症患者拥有了自己的后代。然而,数千万年的演化历程已经让哺乳动物的生殖细胞强烈依赖于母体环境了,从精卵结合到胚胎发育都需要特定的环境,所有辅助生殖技术都需要建立既能充分模拟体内环境,又能缓冲体外环境变化的操作体系。加之单精注射往往需要在卵细胞上开出一个放入精子的孔洞,这势必会对卵细胞造成损伤,故而对操作体系的要求更为严苛。
单精注射的显微操作过程。所有显微操作都会对卵或胚胎造成不同程度的损伤,这会降低胚胎的成活率,尤其是当操作体系还不够完善的时候。图片来源:SEOTA1
既然连单精注射这种“微创手术”我们都还没有把握,那么像克隆之类,先要吸走卵细胞核,然后再注入一个体细胞核的“大手术”,能不能北白犀身上完美执行还言之尚早。
现在研发操作体系已经太晚了
读到这里,我相信你已经注意到问题的关键就在于这个“操作体系”。所谓的操作体系,包括取卵方法、卵细胞保存环境、显微操作方法、卵细胞激活方法、胚胎培养环境、胚胎移植方法等几大模块数十处技术细节,但目前我们对最适用于北白犀的每一个技术细节都浑然不知。诚然,目前的生物学理论能为各个技术参数指明一个模糊的大方向,但要找出恰当的操作体系,只有两种方法:要么从头摸索,要么借鉴其它物种。
可从头摸索是不太可能了。之前诸如绵羊、猪等动物的操作体系,那都是各路研究者从屠宰场捡来成吨的卵巢,用数以万计的卵子硬生生试出来的。作为一个数量屈指可数的亚种,北白犀显然已无法提供这么雄厚的数量资源。
科研人员正在处理猪的卵巢,而北白犀是濒危动物,并不能摘取卵巢取卵,只能通过外科手术从活体卵巢中取卵,所以取得的卵只会更少。图片来源:nandu.com
而借鉴其它物种的操作体系,目前也还不好说。被借鉴的物种一来本身操作体系要尽量成熟,二来亲缘关系要尽可能与之接近。目前,研究人员能够克隆的、和犀牛最接近的物种是马——而就连马的操作体系也不算完全成熟。即便是在马的操作体系基础上加以改进,也不是现有的犀牛种群数量可以承受的,对,我说的是全部所有种类的犀牛。要知道,目前操作体系最臻于完美的动物是小鼠(Mouse,Mus musculus),但是与小鼠亲缘关系非常接近的大鼠(Rat,Rattus norvegicus)却鲜有克隆成功的例子。要实现从马到犀牛的跨越,要消耗多少犀牛的卵子与子宫可想而知。
至于诸如建立iPSC细胞系体外诱导生殖细胞之类的方案,更是基本还属于科幻范畴:目前这类技术哪怕在实验室的小鼠身上都还非常勉强,就遑论是用来保护濒危动物了。
当然,一切的一切说到底也还是技术问题,技术总会有突破,理论上说,我们可以把所有濒危动物的卵子和精子都冻起来慢慢等待技术成熟的那一天。可在未来的某日,这些生灵从百年的迷梦中复苏,呈现在它们眼中的还是那个沉睡前的世界吗?
(编辑:Calo)
参考文献:
- Saragusty, Joseph, et al. "Rewinding the process of mammalian extinction." Zoo Biology (2016).