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冷冻动物园:濒危物种的重生希望

加利福尼亚州圣地亚哥动物园长期以来一直在收集动物的皮肤样本,希望藉此能够有朝一日保护濒危物种。干细胞技术的发展使这一天越来越近。保罗•哈里斯撰文报道。

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对于一只庞大的非洲哺乳动物而言,一只充满了液氮并且温度低至-173℃(华氏-280度)的金属箱并非一个理想的栖身之地。然而,当我们从雾气缭绕的冷藏箱中取出一个试管时,上面却清楚地标明了其中所装的物质。斯克里普斯研究所的科研人员英芭 ·本努用戴着一副似乎是工业防热手套的手拿着那个冰冻的小瓶子,看着瓶子上的标签说道:“这是一个北方白犀牛。”

本努手中拿的并非是普通的科学样本。有朝一日,试管中的冷冻细胞能够繁育出北方白犀牛宝宝,从而使这个物种免遭灭绝的命运。这些细胞是地球上最濒危物种的活样本。几个月后,它们将被转移到野生公园。也许,仅仅是也许,这些细胞能够帮助它们的物种重新在非洲的草原上繁衍生息。难怪存放这些样本的地方会被称为冷冻动物园

冷冻动物园于1972年在圣地亚哥动物园的动物保护和研究中心成立,旨在存放珍稀和濒危物种的皮肤细胞样本。当人们采集第一批样本并将其深冻冷藏时,并不真正清楚这些样本将来的用途。当时的基因技术也还处于起步阶段。然而,人们却感觉到,终有一天,某项未知的科学进步会用到这些细胞。稳妥一些总比事后懊悔强。如今,由于附近斯克里普斯研究所的研究小组的努力,这一天越来越近了。

圣地亚哥北郊商业园区里的一栋不起眼的大楼里,斯克里普斯研究所的基因科学家们已经成功地将从冷冻动物园获得的皮肤细胞变成一种被称为诱导多功能干细胞(iPS)的特殊细胞。理论上,利用一个物种的iPS细胞,就有可能创造出卵细胞和精子细胞。然后再通过人工受精将这两者结合起来形成一个成活的胚胎。这样,濒于灭绝,并且早已死去的动物就可以创造出新的生命。到目前为止,这项突破已经制造出银鬃鬼狒的iPS细胞。鬼狒原产于西非少数地区,是非洲最为濒危的灵长类动物。今年6月1日,这些干细胞被诱导成脑细胞,充分证明了这些干细胞的活性。

“冷冻动物园是一个绝妙的主意。人们过去只是觉得:‘好吧,既然某些事是有可能发生的,那么我们何不为将来保存一些样本。’”本努所在的斯克里普斯研究小组的领头人简妮·洛琳博士表示:“有史以来第一次,我们终于可以有所作为。”

对于那些致力于拯救濒危动物的人士而言,洛琳所取得的突破性进展有着再清楚不过的含义。如果这项技术能够得到完善,并且能够为冷冻动物园所掌握的许多物种培育出 iPS细胞的话,那么保护主义者们就可以不只是依赖于通过促使所剩不多的几只动物进行繁育来防止物种的灭绝了。相反,冷冻动物园中所保存的细胞系还有可能使基因库更加丰富,从而增加了健康繁育的机会。

洛琳表示:“如果我们能够利用那些早已死去,甚至是二十年前就已死去的动物来制造精子和卵子的话,那么我们就可以利用那些活着的个体来使基因更加具有多样性。我认为这是可行的。我觉得不存在科学上的障碍。”

而这也让一些观察家产生了另外一种期待:重现侏罗纪公园的场景。如果能够从灭绝物种的遗骸,比如博物馆的塔斯马尼亚虎标本或西伯利亚苔原发掘出的长毛象遗体上采集活细胞样本,那么,或许有朝一日,科研人员就可以扭转物种灭绝的趋势。这一场景,虽然许多献身这一领域的科学家们并不乐见其成。但是,自从洛琳的鬼狒细胞研究成果一经新闻披露,侏罗纪公园便频频登上头版头条。

洛琳在斯克里普斯研究所的实验室里只有北方白犀牛和鬼狒的样本。然而,几公里外的冷冻动物园所拥有的样本范围则大得多。冷冻动物园坐落于圣地亚哥动物园的一栋建筑物内。其冷库中保存着大量的样本。这些样本来自于800多个物种的8400多只动物,其中包括戈壁熊、白肢野牛和白臀野牛等濒危牛种、山地大猩猩、熊猫、加州灰鲸、及秃鹫等。这个庞大的样本库全部被储藏在四个低温冷冻罐中。这些样本代表着一些世界上最为珍稀的野生动物中的相当重要的一部分。

负责冷冻动物园项目的遗传学家奥利弗·莱德博士对洛琳的研究成果表示欢迎。洛琳的研究是以日本科学家山中伸弥2007年所取得的突破性成果为基础。成立动物园是对科学的未来所下的一桩赌注。而洛琳的研究让莱德更加笃定,这桩投资目前的回报前景更为乐观。莱德说道:“我们曾经想象是否有一天猪能够飞上天。现在,猪确实飞上了天。这些结果令我非常兴奋。”

然而,基于这项研究的潜在意义衍生出了一些疯狂的报道。对此,莱德并不认同。 这位言辞坦诚的科学家对于“侏罗纪公园”一词不置可否。他没有时间来应付那些主张让早已死去的物种复活的人或者是那些梦想着有朝一日能够像史蒂文·斯皮尔伯格电影中那样重新创造出一只恐龙的边缘人物。事实上,从此类动物上提取能够进行分析的DNA 样本实际上是不可能办到的。此外,他还认为,这么做偏离了冷冻动物园建立的初衷,那就是首先要阻止物种的灭绝。“将1万多年前就已经灭绝的物种复活的意义在哪里?虽然这么做能够让往日重现,并且非常具有吸引力。但是,这么做却是出于人类的傲慢。这么做的动机是什么?是出于个人利益还是为了让社会认为:‘我们人类拥有神奇的法力。世界是我们的盘中餐’?”他问道。

而对于那些濒临于灭绝边缘、硕果仅存的物种,莱德却坚持认为人类有义务挽救它们。而冷冻动物园能够发挥举足轻重的作用。让莱德尤为关注的是洛琳研究的物种之一:北方白犀牛。目前仅有八头北方白犀牛存活于世,并且还不是每头都具有繁殖能力。说实话,更准确的说,北方白犀牛基因库是一汪迅速干涸的基因池。然而,如果洛琳的研究能够成功地创造北方白犀牛的iPS细胞,并将其转变为精子和卵子的话,基因库就能够再次扩大。

这是一场与时间的赛跑。不同于鬼狒的是,洛琳在犀牛细胞方面的研究还没有取得成果。但是至少洛琳认为她找到了原因。在将鬼狒样本诱导成iPS细胞的过程中使用了携带经过精心挑选的人类基因的病毒来激发这一反应。洛琳怀疑,之所以鬼狒样本能够获得成功,是因为鬼狒同属灵长类,与人类在基因构成上具有足够的相似性,因此引入的人类基因能够正常发挥作用。而犀牛,她想,或许是因为与人类的关系太过遥远的缘故吧。尽管如此,她计划再做一次尝试。而这次,或许会使用与犀牛关系更近的动物的基因,比如马。

莱德在情感上毫不掩饰其非常希望能够在仍有北方白犀牛存活于世的时候就出手相救,而不是等到它们完全灭绝之后再从试管里将其复活的想法。他回忆起20多年前自己亲眼目睹一头母北方白犀牛降生的一幕,看着她融入种群。如果最后一头北方白犀牛在洛琳的技术完善之前就死去的话,那么这一场景就将永远的消失了。他说:“我看着它降生在种群中。种群中的其它成员非常清楚应该如何对待一个宝宝。如果我们等到白犀牛灭绝后再从试管里创造出一头白犀牛的话,我们要把它带给谁呢?我对这种犀牛的情感全然发自内心。我不想放弃它们。”

然而,令人遗憾的是,对于其它物种而言,已经太晚了。冷冻动物园保存了一些目前已经灭绝的物种的样本。其中就有po'ouli 。这种鸟是夏威夷蜜旋木雀中的一种,1973年才被发现。不幸的是,据记载,人类最后一次看到po'ouli鸟是在2004年。在栖息地减少,以及人类所带来的瘟疫的双重夹击下,这种鸟已经灭绝。如今,它的皮肤细胞被冷冻保存于冷冻动物园内。莱德虽然坚持认为拯救那些已经灭绝的物种毫无意义,但是他却希望通过研究po'ouli鸟的基因能够帮助保护人士,从而防止其它相关的濒危物种走上同样的不归途。他说:“或许我们无法唤回po'ouli鸟,但是我们却能够利用它的秘密去帮助其它物种。”
 
莱德认为,人类已经给同享地球的其它生物带来了巨大的压力。面对这一现状,我们不能过高地估计冷冻动物园的重要性。实际上,由于冷冻动物园所收集的样本非常珍贵,为了防止天灾人祸对原样本造成损害,他们私下里已经建立了一个复制样本库。他说道:“把鸡蛋都放在一个篮子里面永远都不会安全。这里作为全球重要的存储地,它的重要性不会降低。随着时间的流逝,将来有可能会发生一场重大的灾难。因此,我们必须未雨绸缪。”

他还热切地与其它地方规模较小的冷冻动物园联系,如新奥尔良阿杜庞自然研究所和英国诺丁汉大学的冷冻动物园等。莱德希望,有朝一日能够在全球范围内建立一个冷冻动物园网络,从而能够为地球上最珍稀物种的未来提供终极保障。“设立副本库是重要的一步。但是,从长远的角度而言,我们需要建立一个全球网络。”他解释道,“未来,人们会感谢今天这一代人所做的工作,保存下我们能够保存的一切。我们必须将目光放长远。那些尚未出生的人会感谢我们所做的。”

洛琳也抱有同样的观点。她在诱导iPS细胞方面的成功将有可能开启整个冷冻动物园的未来,使之成为物种繁育和保护的有力工具。在斯克里普斯研究所的鬼狒和北方白犀牛研究项目基础上,她已经考虑从动物园获得第三个物种。她也同样着眼于大局。她表示,从道义上来说,应该利用冷冻动物园中所保存的动物来保护全球生态系统中那些依然活着的珍稀物种。

洛琳认为,“这一理念已经成为现实。这是一项我们有能力做,并且应该做的工作。人类应该弥补自己所造成的损失。”

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动物魔法:三种繁育后代的方式

科学家们正在研究通过濒危物种的细胞繁殖后代的三种不同的技术。

细胞核移植法


克隆羊“多利”就是运用该技术繁育的。该技术是将一个成年哺乳动物细胞的细胞核植入一个去核卵细胞中。运用这项技术,科学家已经克隆了两种濒危牛种——白肢野牛和白臀野牛。然而,研究发现,该技术能够导致早死和畸形。

细胞混合法

该技术将濒危物种的干细胞与那些较为常见的相关物种的干细胞混合。这些混合细胞所繁衍的后代再经过有选择地交配,消除常见物种的基因,从而仅留下濒危生物的基因。

精子卵子创造法

科学家们希望通过从动物身上采集干细胞,从而有朝一日能够创造这些物种的精子和卵子。用这些干细胞可以在培养皿中制造出胚胎,然后再将这些胚胎植入与其有亲缘关系的物种。


--罗宾麦凯

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首页图片为濒危动物鬼狒,图片来自林贝野生动物中心 

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