自1996年英国科学家克隆出世界上第一只没有父亲,严格地说也没有母亲的成年体细胞克隆羊“多莉”后,“克隆”一词传遍全球。此后,克隆热在各国兴起,克隆鼠、猪、牛、兔等动物纷纷登场。我国科学家也相继克隆出羊、牛、珍贵观赏鱼等等。克隆,成为20世纪最重大也是最有争议的科技突破之一。
尽管“多莉”只活了7年就不幸夭折,但这并未泯灭世界各国科学家在克隆动物研究领域寻求突破的意志和决心。不久前,成都大熊猫繁育研究基地的专家披露,利用冷冻的体细胞克隆大熊猫已成为可能。随着体细胞克隆技术的发展,甚至可使已死亡的大熊猫复活。当自然无能为力时,人力也许可以“补天”。
生物多样性原则和克隆技术
生物多样性是自然保护中一个极其重要的概念。它包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。
遗传多样性对于物种的繁衍生息极为重要。众所周知,杂交水稻产量高,抗病性强,而单一物种如果老是没有新的东西带入,其质量就会下降,如植物种如果长期不改良,其种质就会退化。人类很早就认识到了近亲繁殖造成人种退化的危险。这里面蕴涵着一个道理:对于一种生物来说,它要繁衍下去,就必须要有一定数量的遗传不同的个体,低于一定数量就很可能造成近亲繁殖,进而退化灭绝;高于这个数量就能产生杂种优势,使这个种的生物得以继续繁衍下去。这就是生物多样性原则。
以此推论,可爱的大熊猫几乎已经到了灭绝的边缘。所有关心大熊猫的人们都有理由担心,这种被称为“活化石”的动物恐怕真的会在某一天灭绝。其中原因,除人类不断入侵使其领地缩小外,大熊猫本身繁殖能力低下也使其“人丁”难以兴旺。即便在圈养条件下,90%的成年雄性大熊猫仍无法自然交配,每年全世界繁育的大熊猫后代寥寥无几。一场风,一次气温改变,一次竹子开花,随时可能发生的灾难都会对这个不足一千头的种群造成毁灭性的打击。
克隆是英文CLONE的译音,是指在人类诱导下的无性繁殖。它最先作用在农作物的繁育上,土豆、酵母菌的繁殖都是克隆,不同植物嫁接生长出的新品种也是克隆。我们人体的器官是由细胞组成的,各个器官的组织细胞在体外培植后,也可以克隆。出于对大熊猫的珍爱,在英国的克隆羊问世的那一刻,很多人立刻就想到克隆大熊猫。
可以说,现代生物技术对大熊猫资源保护带来了曙光。
从胚胎克隆到体细胞克隆
克隆大熊猫,是科学家们在试管熊猫胚胎实验成功的基础上起步的。
首先,从一只雌性大熊猫体内取出其卵母细胞(即卵子),将含有遗传基因的细胞核取出,如鸡蛋中取出蛋黄,只留下“空壳”。然后,从另一只大熊猫(雄雌均可)身上取出体细胞,在实验室内加以培养后,植入已取掉细胞核的卵空壳中,令其像正常受精卵一样分裂,形成胚胎。最后的过程就和获取“试管熊猫”一样,将胚胎移入第3只母熊猫体内孕育,直至在正常条件下生下熊猫。这只熊猫是谁的孩子呢?当然是提供体细胞的那只,因为体细胞内含有它的全部遗传基因,熊猫幼仔便是它的“复制品”。
1997年,中科院动物研究所、克隆技术专家陈大元教授首先提出异种克隆大熊猫的设想。数月后,福州熊猫研究中心率先与中科院共同研究大熊猫的异种克隆。根据这个计划,克隆大熊猫分两个步骤:第一步是克隆出早期的大熊猫胚胎;第二步是将这些胚胎移入寄母的子宫,使之着床,直到产出小熊猫。经多次试验,研究人员从一只雌性大熊猫身上取出体细胞,将其植入去掉细胞核的兔子的卵细胞内。半年后,这项试验有了突破性进展,两种细胞开始分裂重组,由此培育出一批早期胚胎。这一成果意味着克隆大熊猫的第一步已经取得成功。
然而,真正的考验是异种克隆大熊猫计划的第二步,即利用另外一种动物作为“代理母亲”,在其子宫内将熊猫早期胚胎培育成一个新的熊猫个体。但每一种动物的发育程序都是由各自的遗传密码所决定的。如果硬是把一个“早期的大熊猫胚”植入兔子的子宫,那么这两种动物各自的DNA早已编制好的、各自不同的发育程序如何协调一致,才是克隆技术面对的真正难题。
这里值得注意的是:胚胎克隆和体细胞克隆之间的区别。胚胎是由两性受精以后形成的,胚胎克隆实际上就是胚胎长到多细胞的时候,再把它分成一个一个的细胞,用他的细胞核来进行克隆。国内最大的进步就是不用胚胎细胞,而用体细胞进行克隆,体细胞克隆从生物学上讲跳跃了一大步,一般来说体细胞是不能够发育成个体的,但是“多莉”技术解决了这个问题,它带来的重要成果,就是我们自己可以克隆自己了,再不需要两性了。
关于克隆的学术争论
保护大熊猫,要不要克隆?克隆是否破坏生物多样性?以陈大元教授和潘文石教授为代表的学术争论,可谓针锋相对。
以陈大元为代表的意见是:积极筹划大熊猫克隆试验。对于濒危物种而言,保护其遗传多样性、避免其灭绝是保护生物多样性的前提。有些动物若不利用人工繁殖,很可能早就绝种了,如中国的麋鹿、中东的阿拉伯羚羊。因而,撇开物种灭绝问题而奢谈生物多样性是毫无意义的。保护濒危动物的关键不是要不要用人工繁殖,而是用什么样的人工繁殖方式来拯救它们,克隆就是可供选择的方式之一。虽然同种生物中都含有类似的基因,但并不是拥有完全一样的基因。保护每一个体的基因库是保护遗传多样性的最起码的工作。克隆就是把某一个体的基因完整地加以复制。这个个体本身不会因为克隆而消亡,而克隆后的个体依然可以参与自然繁殖,因此,克隆会降低大熊猫的生物多样性的说法不恰当。
以北京大学大熊猫及野生动物保护研究中心主任潘文石教授为代表的意见是:积极投身于大熊猫的野外保护,反对克隆大熊猫。生物学界目前有3种繁殖动物的方法:自然交配、人工授精和运用克隆技术。哪种方法最能增加熊猫的数量呢?潘文石认为,通过自然交配是最好的,但对于动物园中的大熊猫而言,人工授精技术也非常成功,这两种方式,最起码使大熊猫的个体得到了来自父体和母体的两套基因,维持了遗传的多样性。而克隆技术则不能增加大熊猫的进化过程,且费时费力。另外,由于这种国宝级的动物很少,我们不可能也不允许在它们身上做试验。例如,受精卵在大熊猫子宫中要漂浮多少天才会着床,目前人类还无法通过试验掌握。而这个时间则是克隆技术能否成功关键的一环。针对“卵或成体细胞来自大熊猫,寄母也是大熊猫”的克隆办法,潘文石认为,要让一只能够进行成功繁殖的大熊猫放弃生育机会,去怀养一个几乎没有成功机会的克隆胚胎,这与保护大熊猫的目标相违背。
即便是支持动物胚胎克隆研究的张安居教授也说,克隆出一模一样的动物,只是意味着个体数量的增加,体现不了生物的多样性。这对生物圈来说,也许反而是一场灾难。如果大熊猫要克隆才能延续后代的话,它也就只是人类的一种产品,就像桌子或茶杯一样,只不过它是活的,可以博人类一乐。再进一步说,如果生物圈需要克隆来维持的话,那也就失去了灵魂,在这个意义上讲,它意味着生物圈的死亡。
北京大学大熊猫研究员王大钧也认为,克隆对拯救种群日益稀少的大熊猫毫无意义。因为即便我们能克隆出几个大熊猫个体,它们要么寿命不长,要么不是很健康。近来的研究已经显示,克隆鼠和其他种类的克隆动物有许多不正常之处,包括肥胖、肺炎、肝功能障碍和早亡,而这些症状还只是冰山一角。
关于“复制”与“野生”问题
从理论上讲,克隆可以根本解决大熊猫和所有濒危动物的无后之忧,保其子孙永续。从另一方面来说,它意味着人可以根据自己的需要无限量地制造珍稀动物,既然这样,也许有朝一日你可以像养一只猫或狗之类的将大熊猫牵一头回家当宠物养。如果死了也没关系,再克隆一只就行了。
然而,从哲学意义上来说,没有任何一种物种会永居于地球上,它总是会改变的,总会被新的物种替代,熊猫也不例外。潘文石教授认为,要拯救一个濒危物种的最好办法就是保护其所在群落的整体性、稳定性和物种内在的遗传多样性,在保护大熊猫上,今天我们必须固守的最后一块阵地就是保全那些充满野性的自由生活的种群。克隆仅仅是一套基因的复制品,它不可能增加基因的多样性,因此也就不可能实现保护大熊猫的最终目标。
在这里,生存与死亡成了一对孪生兄弟,而事实上,人类早已陷入了尴尬之中,我们用毁坏动物生存环境换取经济发展;又用经济发展取得的资金和技术去挽救它们。我们是动物的毁灭者,如今又充当起它们的救命恩人。
既然这样,就让实践来检验人类的理论吧!
形形色色的克隆动物
■蛙
青蛙是第一种被用于克隆实验的动物,但这种克隆技术与克隆“多利”的技术不同,算不上真正意义的克隆,前者是从发育到后期的胚胎中提取细胞核,而后者是从体细胞中取出细胞核。尽管胚胎细胞克隆相对容易,但科学家的首次克隆实验还是失败了,接受了细胞核移植的卵细胞并没有发育。1970年,英国生物学家用同样方法尝试克隆,结果青蛙卵发育成了蝌蚪,但它在开始进食后就死亡。
■羊
首只胚胎克隆羊早在1984年就已问世,但当时克隆研究工作还处于低谷,也很少有人认为体细胞克隆技术是可行的,因此体细胞克隆羊“多利”的诞生震惊了世界,被誉为20世纪最重大的也是最有争议的科技突破之一。多利羊生于1996年7月5日,1998年产下一只小羊,2003年2月14日因肺部感染而实施了安乐死,它将作为世界上最尊贵的一只羊而载入史册。我国第一只体细胞克隆羊叫阳阳,2000年6月22日出生,2001年8月和2003年2月两次产下龙凤胎,可惜第二次中的一只因体质太弱而死亡。
■鼠
第一只体细胞克隆鼠名叫卡缪丽娜,1997年10月3日出生。与克隆羊多利不同的是,来自日本、英国、美国和意大利等国的科学家采用了提高克隆成功率的新技术,一下子培育出了多只克隆鼠,而且还获得了“克隆的克隆”的第二及第三代克隆鼠。体细胞克隆鼠的诞生同时也宣告此前有关对“多利”羊身份和克隆技术的质疑可以结束了。
■牛
“能都”和“加贺”是最早的两头体细胞克隆牛,出生在1998年7月5日,其名字均源于诞生地日本石川县的地名。尽管这两头牛早产近40天,但发育正常。它们的“妈妈”分娩当天没有异常反应,但第二天早晨却食欲不振,下午就死亡。克隆牛成功事实表明,可用这种技术批量培育品种优良或有特殊用途的牲畜以及保护濒危物种等。
■猴
在目前所有克隆动物中,猴子在基因上与人类最接近。2000年1月,美国科学家宣称第一次成功地克隆出灵长类动物———一只名为“泰特拉”的克隆猴。克隆猴采用了胚胎细胞克隆的技术。科学家反复实验13次,只有“泰特拉”幸运地降生。科学家说,这些克隆猴将用于人类糖尿病和帕金森氏症的研究。
■猪
体细胞克隆羊与克隆鼠诞生后,科学家就计划克隆猪。猪易于繁殖,而且其器官在大小和功能上与人体器官较为接近。据认为,将转基因技术和克隆猪技术结合,有可能大量繁殖转基因克隆猪,可从中获取适于移植手术的器官,为成千上万等待器官移植的病人带来希望。首批体细胞克隆猪共5头,出生于2000年3月5日。
■猫
2002年初,世界上第一只体细胞克隆猫诞生了,名为CC。CC的皮毛颜色很特别,它花白的毛色看上去完全不像生它的花斑猫妈妈,也不完全像它的基因妈妈。CC来到这个世上很不容易,科学家共实验了188次才获得了成功。
■兔
由于兔卵的活化和附着时间很难掌握,因此克隆兔比克隆其他哺乳动物的难度要大得多。为了成功地用体细胞克隆兔,科学家进行了数次实验,共培育了2000多个转基因卵细胞,但最后只有6只于2002年培育成功,其中两只在哺乳期夭折。