互动科普

克隆：保护濒危物种的诺亚方舟

Robert P Lanzat； Betsy L Dresser；Phillip Damian

生物技术可能是防止某些濒危物种从地球上消失的最佳途径。

2000年月底，一头温驯的爱荷华奶牛将生出一头白肢小野牛，这个还在妈妈肚子里的胎儿得了一个意昧深长的名字:诺亚(Noah)。白肢野牛是一种体形较大的野牛，原产于印度、印度支那和东南亚等地。由于人们滥捕滥杀和栖息地不断萎缩，目前世界上这种野牛野外大约仅存 36000 头，世界物种保护联盟( IUCN)已将其列为濒危物种。同时国际濒危物种贸易公约(CITES)禁止任何涉及活的白肢野牛及其制品的商贸活动。

如果一切顺利，几周内，腿细长的幼小的诺亚就将在一个为保护其同类和其他濒危动物而设置的新大地嬉耍。这将是世界上首例采用克隆技术用一种大型哺乳动物孕育另外一种濒危的大型哺乳动物的伟大成功。诺亚的叫声向世界宣告：克隆技术将会跨越动物种属的界限，成为拯救濒危动物的诺亚方舟。计划克隆的动物还有非洲紫羚羊、苏门答腊虎和最受动物爱好者们喜爱却不情愿生儿育女的熊猫。克隆技术也可使一些已经灭绝、特别是140灭绝的物种获得新生，比如一种名为Bucardo的西班牙地山羊。世界上最后一只Bucardo 2000年初因大树倒下砸破而不幸丧生， 幸运的是西班牙科学家尚保存着她的一些细胞。

目前，多数动物还无法搜集和冻藏动物的精子和卵子，而体细胞克隆技术则利用保留下来的濒危甚至已经灭绝的动物的体细胞克隆出对应的动物出来。为保存和繁殖那些动物里繁殖率很低的濒危动物提供了一个有效的途径。人们可以利用体细胞克隆技术繁殖这些动物，直到其野牛栖息地得到恢复，最终让它们重归大自然。 更重要的是，利用体细胞克降技术可以将新基因加入到数日数稀少的濒危动物种群的基因库中，从而保持其遗传多样性。

不过，一些保护生物学家对于体外受精、体细胞克隆等方法仍持保留态度。的确，克隆不是包冶百病的灵丹妙药。然而时至今日，尽管人们已普遍认识到保护好野生环境才能保存这个星球上难以尽数的生物。也为此作出种种努力，但结果实在令人失望。 克降技至少提供一个机会，使人们可能拯救那些濒危物种，保护地球的生物多样性。体细胞克隆还有一些难题需要解决。例如克隆时需要雌性动物作为替身母亲，人们不可能拿一头无比珍贵的雌性濒危动物冒险；因此，对研究者来说 就必须解决种属间克隆问题。

克隆白肢野牛

克隆过程似乎十分简单，选取数小时刚从活体卵巢中取出的卵细胞，用一根针刺进包围在其周围起保护作用的透明膜内，小心吸出卵子自身的细胞核，留下一个没有细胞核只有细胞质的囊。细胞核带有细胞的绝大多数遗传物质，这些遗传物质中含一个个体发育的全部信息。接下来另一根针将一个完整的体细胞注射到卵细胞透明膜内，用电脉冲将这个体细胞与没有细胞核的卵细胞融合在一起。此时，“克隆”就算完成啦。融合细胞中的体细胞的核含待克隆生物的全部遗传信息， 而没有细胞核的卵细胞提供让体细胞核中的遗传信息表达出来的场所和其他一些必要条件。在几天的时间内，融合的细胞就可以在体外分裂增殖形成一个细胞团．即早期胚胎。与此同时，选来用作替身母亲的动物用孕激素刺激，使其子宫变得适宜于胚胎的发育，将在体外形成的早期胚胎植入替身母亲的子宫；再过一段时间，这位替身母亲就会生出一个克隆动物。

然而在实际情况中这种核转移的实现并不那么简单。我们马萨诸塞州先进细胞技术公司(Advanced Cell Technology．ACT)为了克隆诺亚，用从一头雄性白肢野牛获取的皮肤细胞与692个母牛去核卵细胞进行融合，其中仅有81个融合细胞在实验室里长成了囊胚一一大约有l00个细胞的早期胚胎，其中42个囊胚被移植入32头替身母牛的子宫，仅8头母牛真正受孕；其中两头受孕母牛的胎牛被取出进行科学分析，4头受孕母牛受孕2～3个月就自发流产(正常孕期为9个月)，第7头受孕母牛在2000年8月发生非常意外的晚期自发流产。

如此低的成功率表明：体细胞克隆技术在目前与其说是科学不如说是艺术，特别是跨越种属的体细胞克隆更是如此。目前同种属间的家牛体细胞克隆移植成功率最高，即使如此我们仍必须费尽九牛二虎之力才能克隆出几头牛，每取100个卵细胞与成牛体细胞融合，也只有15到20个细胞以长成囊胚，最终，有约10％的囊胚(1～2个)可以在替身母亲的子宫内正常发育直至出生。

这种情况表明了移植过程本身的难度，我们正在努力弄清症结所在。尽管如此，它们仍不失为一种有救的辅助生殖的技术。

深入了解有关动物的生殖过程是成功地进行体细胞克降的必备条件之一。因此，我们希望首先克隆那些生殖过程已经很清楚的几种濒危动物。同时， 一些动物园和动物保护团体(包括由Dresser领导的新奥尔良奥杜邦濒危物种研究中心(AICRES))已着手研究许多濒危动物的生殖生物学并取得了可喜的进展。例如l999年l1月、Dresser和她的同事报道了首例濒危动物异种间胚胎移植成功的结果。他们将冷冻保存的非洲野猫(一种濒危动物)的胚胎移植入替身母亲雌性家猫，结果这只普普通通的家猫成功生出了一只非洲野猫幼仔。

除了非洲野猫和白肢野牛外,研究者们还成功地完成了另外一例异种间胚胎移植——即将印度沙漠野猫的胚胎移植人家猫，将Bongo非洲紫羚羊的胚胎移植入更为常见的Eland非洲大羚羊，将Mouflon欧洲野羊的胚胎移植入普通绵羊，以及将一种非常罕见的红鹿胚胎移植入普通的白尾鹿。这些胚胎移植试验中的替身母亲最终都产出活仔。我们希望有关猫科动物的研究将为克隆猎豹铺平道路，这种豹在非洲南部地区大约仅存12000只，其栖息地还在不断地萎缩。猎豹求偶行为持续时间长，这就要求广阔的领地，这或许可以解释为什么在动物园内这种动物的牛殖率那么低。

大熊猫克隆的前景与问题

让人心动的克隆对象可能是大熊猫。尽管它还没有被列为异种间胚胎移植的对象，但像人工授精一类的生殖辅助技术已证实可以帮助大熊猫繁殖。在对熊猫玲玲和星星的研究失败之后，圣迭戈动物园转而采用人工授精技术，使该动物园的思思和白芸当了自豪的父母。1999年8月，白芸成功生生出了熊猫幼仔，取名为画眉。

大熊猫是所有濒危物种的象征，世界野生生物基金会(WWF)就以大熊猫作为自己的标志。

据约十年前的一项调查，在中国西南部山区的竹林里，尚有不到1000只大熊猫。但一些生物学家认为近来一些地区大熊猫的数目可能有所回升。世界野生生物基金会准备在2002年中期对此进行一次彻底的调查，以更准确地了解野生大熊猫的数目。

ACT专家们正在和中国政府磋商，准备克隆一只大熊猫。中国的ACT已定下计划，将在美国东北部2000年秋季捕猎期间，猎取一些雌性黑熊并采集其卵细胞。ACT的科学家和其中国伙伴希望用这些卵细胞与来自已故星星和玲玲身上的冻存体细胞融合，在体外培养出能移植入动物园里一只母黑熊体内的大熊猫胚胎。一个研究小组l999年在《兽医产科学杂志》 (Th e riogenology)报告，他们从受孕黑熊体内取出胚胎并移植人另一头黑熊，成功地产下了黑熊幼仔。这一结果表明，黑熊可以作为替身母亲。

I984年，Dresser和阿拉巴乌夫学伯明翰分校Charles Earle Pope一项资料表明，另外约有550 只紫羚羊生活在世界各地的动物园内。Bongo紫羚羊还有一种低地亚种 该亚种大约尚有数千只散布在非洲的中部地区。

美国和肯尼亚的动物保护组织正在计划将禁猎保护区内繁殖的山地Bongo紫羚羊送到肯尼业的另外两个适宜于它们繁殖的地点， 以重建和扩大它们的种群。AICRES在肯尼亚进行将山地Bongo紫羚羊的胚胎移植人替身母亲Eland非洲大羚羊的研究，以期能够用体细胞克隆技术来帮助重建山地Bongo紫羚羊种群。

科学家已向克隆大熊猫的目标迈出了一大步。1999年8月，中国一个研究所的陈达远(音译)和他的同事在 《中国科学(英文版)》 发表一篇论文， 宣告他们已将大熊猫的骨骼肌细胞、宫细胞和乳腺细胞分别与兔子的卵细胞融合，井成功地诱使这些融台细胞在实验室里发育成了囊胚。

兔子形体太小，显然不足以作为大熊猫的替身母亲。因而，ACTI中国科学家们计划采用美洲黑熊作替身母体。就在《scientific American》2000年2期付印时，及他们的同事在辛辛那提动物园成功地以Eland非洲大羚羊为替身母亲，用体细胞克隆技术繁殖了一头Bongo非洲紫羚羊。 这项工作为从事同类研究的科学家提供了成功的经验。

Bongo非洲紫羚羊有一种山地亚种。此亚种体型中等，带有竖直白色条纹，大多生活在非洲东南部山地的禁猎保护区内，是当前面临灭绝危险的物种之一。据世界物种保护联盟统计，现在大约有50只野生山地Bongo紫羚羊活动于肯尼亚境内的一片狭小区域。

对于那些已经灭绝的物种怎么办呢?在近期内就克隆出恐龙或猛犸象是不可能的。最根本的问题是：没有保存良好的组织，即无法获得灭绝物种的完整DNA。 一些研究者去年挖掘出一个曾经认为保存良好的猛犸象， 随后发现由于经历了漫长年代的反复冷融，这头猛码象的DNA已经变得千疮百孔。分子生物学家们还没有找到一种可行的方法来填补这一缺失了的DNA。

澳大利科学家在克隆袋狼的工作中也遇到了同样的问题，袋狼是一种在20世纪30年代灭绝的有袋类狼样动物。(悉尼)澳大利亚博物馆的研究人员正尝试着从一只1866年丧生并一直用酒精保存的幼袋狼身上克隆细胞，但这些细胞的DNA的状况糟糕至极，他们说他们将不得不重建这个动物的整套染色体。

比较有希望复活的物种可能是最近才灭绝的西班牙山地羊Bucardo。ACT正计划与西班牙萨拉戈萨农业研究局的Albertor  Ferndez Arlas和Jose Folch合作，用体细胞克隆方法使已经灭绝的Bucardo复活。Ferndez Arlas保存着从最后一只Bucardo身上取下的组织块，他和FoKh多年来一直试图保护这种山地山羊，但最终Bucardo还是因非法猎捕、栖居地破坏和山崩等原因而消失了。去年，他们成功地将一个Bucardo亚种的胚胎移植人一只家养的山羊并且产下了活仔。

但由于目前研究者只拥有来自一个雌性Bucardo个体的组织，所以，即使利用种属间克隆技术，也只能产生一个全部是雌性的Bucardo群体。ACT试图采用人工构建细胞的方法来培育一只雄性Bucardo，即从一个雌性Bucardo的体细胞中去掉一条x染色体．再从一只亲缘关系相近的雄性山羊体细胞中分离出一条Y染色体， 用一个人造的小细胞(微粒体)将这条Y染色体转移到缺失了一条x染色体的Bucardo体细胞中去。这项技术还从未用于体细胞克隆研究，但已经有人用于人类染色体研究。已经成立一个名为Soma的非赢利性基金组织，为这项研究提供经济支持。

为什么克隆?

降濒危物种存在争议。我们认为，在保护濒于灭绝物种的工作中，克隆技术有着十分重要的地位。另外一些研究人员则认为克隆濒危物种将进一步缩小这些物种已经萎缩的遗传多样性，因而反对克隆濒危物种。事实并非如此。我们赞成建立一个全球性的濒危物种组织贮藏库网络。利用这种网络就可以尽可能地收集冻存某些濒危物种所有个体的某种组织。这些细胞，就像众多动物园都拥有的冷冻精子和卵子库一样，包含着恢复某个物种的群体所需要的全部遗传信息。其实组建这样一个网络的花费并不多。一个标准的三英尺冷冻罐可以保存 2000多个标本，每年电费仅几美元。目前只有 AICRES 和圣迭戈动物园的濒危物种研究中心建立了这样的冷冻细胞库，以供克隆工作使用。

在人认为克隆工作会给保护濒危物种栖居地的努力带来负面影响。的确，保护栖居地是保护濒危物种最根本的措施。然而，许多国家太穷或政局动荡不安，根本无法持续开展物种栖息地保护工作，特别是人口的持续增长，可能根本无法为其它物种提供栖息地。采用种间接移植技术，无需维持大规模的禁猎区，就可以保存物种的基因库。这样就可以大大降低费用，对于大型动物这一点尤其突出。

另外一种反对意见认为克隆濒危物种特把纳税人为保护动物栖居地而捐献的资金挪作它用。然而，在破坏动物栖息地的趋势难以遏制的情况下，又有多少出资人愿意支持蝉臂挡车般的工作呢? 我们应当认识到，有些人根本不愿为保护濒危物种的栖息地而捐资，但可能会支持采用克隆或其他辅助繁殖技术来保护濒危物种。

时不待我，开始行动吧!

猫、狗克隆的进展如何?

迄今为止，科学家们已经克隆成功了绵羊、牛、山羊和实验小鼠等驯化动物。现在，我们正待着白肢野牛克隆的成功，看到这么多形形色色的动物克隆成功，你可能会以为克隆一只普通的猫或狗简直是小事一桩。其实不然，我们两个研究组都已经成功培育出猫的囊胚，并将其移植入雌猫的子宫，但当本文就要发表时，我们四个小组都未能实现足月妊娠，这个目标狗克隆存在的问题更多。

但我们仍希望能很快获得成功。 在ACT，我们正用克隆拄术研究繁殖宠物和使役动物，如导盲犬、助听犬，寻找救护犬和用于社会医疗的动物等与路易斯安那州立大学合怍，奥杜邦研究所已在路易斯安那州组建了Lazazon生物技术公司来克隆宠物猫和狗。

令人惊讶的是居然有那么多的人对克隆他们的已故宠物兴趣盎然。或许主要是想重新得到一个具有同样秉性的动物吧。据认为，猫和狗的许多秉性由其基因决定。尽管有人可能会说，世界上已有那么多的猫狗无家可归了，为什么还要克隆猫狗呢，但人们还是希望再养一个与原来那个近乎相同的宠物。克隆便成了一个更有效的选择。对使役动物来说，进行克隆繁育就显得更为重要了。比如导盲犬，为了使它们能更专心地接受代价高昂、近乎残酷的严格训练，现在的雄性导盲犬在刚出生不久就被阉剖了。不幸的是，即使后来证明一条导盲犬非常出色，它也不能再繁育更多像它那样的后代了。

我们克隆宠物的研究对保护濒危物种也有用。我们希望能将克隆猫和狗的经验拿来指导克隆那些濒危的猫科动物和犬科动物。ACT和其它一些公司提供宠物克隆用品箱，兽医们可以用这种用品箱来保存从委托人的宠物身上取下的组织，以备将来可能进行的克隆之用，这种用品箱带有一些原料以便保存取下的皮肤标本，并将其送进实验室。实验室的研究员用这块组织来建一系列纯一的、不断分裂的细胞群体，又称细胞系，这就是将来克隆时供体细胞的来源。

ACT从刚被兽医摘除卵巢的动物的生殖道里选取卵细胞用于克隆操作。而我们则摘取卵巢，小心地穿刺所有可见的卵泡以释放卵细胞。接着我们收集这些卵细胞，并置于带有激素、蛋白和其它营养成分的培养皿用作分化成熟培养。一旦这些卵细胞足够成熟．就可用来进行移植操作。

迄今为止，我们的主要克隆对象是家猫，主要因为其繁育生理机制已研究得很深入，而且家猫的早期胚胎移植试验和晚期胚胎移植试验均已有成功产仔的记录。ACT和奥杜邦研究所都已在实验室里建立了较系统的分化成熟体系以促进卵细胞成熟，然后把由这些成热的目 细胞培育的克隆胚胎源源不断地转人替代母体中。

与猫相比，狗又有所不同。在哺乳动物中，狗的繁育生理机制较为独特。狗排出的卵细胞需要经一段相当长的分化成熟过程才能成熟。这就意味着我们需要建证另一种同的分化成熟体系(与猫的不同)，而且因成熟时间较长，最终可用的卵细胞将更少。因此，对克降来说，不仅要选择克降的目标，还要先积累相应的知识和经验。

[谢新耀，刘昕 / 译 冉隆华 / 校]