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复活猛犸的“一步”之遥

《科技生活》周刊||热度 ( )

记者/刘辛味

在所有的已灭绝动物中,除了恐龙,最为人喜爱的恐怕就是猛犸象——按照受欢迎程度,它们可算冰河时期的大熊猫。巨大的象牙和长毛让人过目不忘,在很多艺术作品中,最后一批幸存的猛犸阔步走在寒冷的西伯利亚苔原上,雄壮中透着一股悲凉。如今,基因编辑技术的发展给了科学家“复活”古生物的希望,可真正复活猛犸象,还有很长的路要走。

猛犸灭绝的原因难以确定

企业 虽然今天的科学家们已经开始通过各种技术试图“复活”猛犸,但猛犸灭绝的原因却无法定论。

企业 猛犸象有很长的演化历史,它们的祖先南非猛犸象在300万年前离开非洲向北迁移,最终遍布欧亚大陆,成为更新世中后期地球分布最广的陆地哺乳动物。今天人们常说的猛犸象是“真猛犸象”,又称长毛猛犸象(Mammuthus primigeniu),它是猛犸象家族中最后的物种。原始的真猛犸象一直在西伯利亚地区繁衍生息,约20万年前,它们才从西伯利亚扩散到了欧洲和亚洲其他地区。又过了10万年,它们穿过白令海峡来到了北美州的北部。

经过了“短暂”的繁荣后,这些陆地上曾经的巨无霸自1万年前开始从大陆上消失。最后一群生活在北冰洋弗兰格尔岛的真猛犸象,一直坚持活到了距今3700年前。由于猛犸象留下了大量的化石,西伯利亚地区甚至还保存了多具完整的猛犸遗骸,它们成了被研究最多的史前物种。

绝大多数猛犸在更新世晚期和全新世早期消失了,它们属于第四纪灭绝事件中消失的物种之一。关于第四纪灭绝事件的成因,科学家提出了两种假说:气候变化和人类捕猎。对于猛犸的灭绝,科学家还不清楚应该归咎于两者其一,还是两者结合。

企业 气候假说认为,在冰河时期快结束时,由于气候变暖,海平面上升导致了猛犸的栖息地大规模减小,最终灭绝。但猛犸并没有完全消失,有些种群在相对狭小的岛屿上又生存了数千年。

人类捕猎假说也有很多证据,最典型的就是猛犸消失的时间与人类活跃的时间吻合,科学家在多处人类遗迹中同时发现了猛犸的骨骼,壁画中刻着猎杀猛犸的场景,甚至发现了一个完全由猛犸骨头制成的小屋。科学家也发现,另一些区域猛犸的减少持续更久,远在人类活动出现之前。人类猎杀假说还受到很多质疑,例如与猛犸同时代,也被人类猎杀的野牛、驼鹿等大型哺乳动物为什么没有灭绝?

近几年,科学家又找出了各种可能导致猛犸灭绝的证据,如对弗兰格尔岛上的猛犸象臼齿样本进行了全基因组测序,发现了猛犸遗传多样性降低的趋势。他们还从测序中发现了遗传缺陷,这暗示着灭绝是猛犸自身的原因;对圣保罗岛的地质探测则发现,这一带的淡水在5600年前开始减少,这可能导致了当地猛犸的灭绝……但无论哪种说法,都无法一锤定音。

▲左起:非洲象、始祖象、猛犸象、铲齿象、 嵌齿象。除了非洲象、亚洲象之外,其他的长鼻目巨兽都已灭绝(来源:视觉中国)

“复活”猛犸总共分几步?

企业 随着越来越多的冷冻遗骸被发现,科学家渐渐有了“复活”猛犸的雄心壮志。“复活”(De-extincition)并不是单纯地指复活某一物种,而是具有抗灭绝或反灭绝的意思,具有更深远的意义。反灭绝的过程可以包括重新生育出已灭绝的物种,也可以是创造出外观类似的个体,这是一个创造新生物的过程,但新的生物能否复原已灭绝物种的习性并繁衍下去,也被考虑在内。

目前,复活猛犸主要有两个主流的尝试方向,一是用细胞生物学的方法,实现猛犸象的克隆。这是个三步走的方法,和“把大象装冰箱”一样。

第一步是找到冻土中的保存完好,具有完整功能的猛犸象细胞。本来这一步非常困难,因为从动物死亡的那一刻起,细胞内的DNA也开始降解。科学家们很幸运,在永久冻土中的残骸中发现了保存完好的细胞。

企业 第二步是利用现代大象的卵母细胞作为受体,将猛犸遗传物质植入,形成具有发育功能的胚胎细胞,实现异体克隆。这里需要克服克隆效率的问题。能否获得足够多的卵细胞也是问题,因为亚洲象已经被世界自然保护联盟(IUCN)列入濒危物种红色名单。但在去年2月,我国科学家已经恢复了猛犸细胞的全功能,形成了胚胎细胞。

至今困难重重的则是第三步,将重构胚胎细胞移植到代孕母象的子宫内,让其发育成猛犸个体。因为强烈的排斥反应,科学家根本找不到适合最终“关上冰箱门”的代孕母亲,猛犸象即使和最为亲近的亚洲象相比,基因组差异仍有4.7%。

另一个复活猛犸象的可行方向是基因编辑,这与《侏罗纪公园》中的情景十分相似——电影中科学家从琥珀中的蚊子血中提取了恐龙基因组,又用了青蛙DNA进行填补,最终将恐龙复活。科学家认为这种方法理论上是可行的。2015年,一个由瑞典科学家领导的团队从两只真猛犸象的DNA中得到了完整的基因组序列。未来,他们只要知道了每个测出的基因所对应的功能,再把关键的DNA片段导入到现存的亲缘大象物种中,替换掉原有的基因,就能一定程度上实现猛犸的“复活”。当然,什么基因对应什么功能,至今对科学家来说都是棘手的问题。

▲复活猛犸的策略 (来源:《海峡时报》)

猛犸的救星

企业 在尝试使用基因编辑技术复活猛犸的科研团队中,不得不提一位“疯狂”科学家——被称为“合成生物学之父”的哈佛大学遗传学教授乔治·丘奇(George Church)。

企业 丘奇的复活猛犸团队组建于2012年,当时《全球概览》创始人斯图尔特·布兰德(Stewart Brand)在筹备复活猛犸、旅鸽等灭绝物种时找到了丘奇,希望他能提供技术上的帮助。丘奇很自然地想到了“基因剪刀”CRISPR——一种有效、便捷的基因编辑技术,可以对DNA进行修剪、添加或替换。丘奇本人正是最早将CRISPR用于人类细胞的科学家之一。2015年3月,丘奇和他的团队利用CRISPR技术,把从冷冻的猛犸遗骸的耳朵、脂肪和毛发中提取的DNA碎片提取出来,移入了现代亚洲象的皮肤细胞中,这是猛犸象在灭绝后,它们的基因首次处于了活跃状态。

这个“复活者联盟”有一个长期规划。美国作家本·莫兹里奇(Ben Mezrich)把“复活者”团队攻克猛犸复活难关的经历写进了畅销书《又见猛犸象:基因剪刀重新定制生命》。书中首次描述了丘奇团队的终极目标:把猛犸复活出来,并带到西伯利亚,以此改善生态环境、对抗气候变化。

企业 丘奇在2017年2月宣称,只要有两年时间,就能制造出大象与猛犸象的杂交胚胎,最终在人工子宫内孕育“猛犸”。此时他的团队已经将45个猛犸象的DNA转移到了亚洲象的细胞内(表达出更茂密的毛皮、更厚的脂肪、低温下输氧的红细胞等)。此事经过媒体的传播,变成了“2年后就能复活猛犸”的谣言,引起了广泛的关注。

实际上,丘奇知道复活猛犸可能是最不可能完成的项目。对他来说,复活猛犸是创造一种此前从未有过的生物,希望以此能够保护生态环境,并使用能抗寒的大象重建北极苔原的气候。

▲乔治·丘奇正与 一只虚拟猛犸互相凝视(来源:NBC)

复活没那么简单

企业 很多科学认同“复活”的做法,因为发展相关技术,也能更好地保护如今未灭绝的生物。但是,在提出复活猛犸或其他动物时,除了技术上的难题外,也带来了很多其他问题,例如复活的标准不一:只要复制出了外观相似的大象就是复活,还是“复活象”能按猛犸象曾经的生活方式繁衍生息算作复活?

2015年,加州大学圣克鲁兹分校的进化生物学教授Beth Shapiro在《如何克隆猛犸象:复活的科学》一书中称,创造出个体仅能算“复活”的第一阶段,第二阶段则是猛犸能自由地漫步在广阔无垠的冻土苔原上,不会再面临灭绝的风险。

在另外一些反对复活的专业人士看来,猛犸象的灭绝是因为不适应环境的变化,而“复活”是干涉自然选择的行为,违背自然规律。中国科学院南京地质古生物研究所研究员袁训来就认为,地球上的物种生存200-300万年后灭绝是正常的自然现象,实验室复活猛犸象并不能改变地球物种灭绝的自然规律,在生物进化研究方面价值不大。

实际上,复活一个灭绝物种的成本极高(高达数百万美元),而目前有2万多种生物正濒临灭绝,将资金用于“复活”会削弱对今天濒危动物的保护。所以不少科学家认为复活猛犸是得不偿失,还不如把精力放在保护现有的动物上。

企业 另一方面,如果复活出来的动物并不能适合野外生存,只能供人观赏,甚至只能待在恒温箱中,它的最终命运仍然是灭绝。复活的灭绝生物还可能会把原始共生的寄生虫带回世界,而这些影响完全未知。想想复活的动物会不会成为新的入侵物种,就让很多科学家对“复活”持否定态度。

企业 猛犸复活的支持者则认为,因为猛犸象等物种的灭绝很大程度上是人类的行为导致的,再让它们重生是人类的义务。他们相信复活动物有望丰富地球的生物多样性,甚至能恢复某些被破坏的生态环境(正如丘奇所设想的)。

在掌握了“复活”猛犸技术后,科学家也许能拯救更多的其他物种。虽然争议不断,但几乎没有人否认胚胎移植和基因编辑在医学上巨大的潜力。科学家对于猛犸复活的努力,正是在锻炼生物技术的“肌肉”。华大基因首席科学家徐讯也认为,虽然批量复活灭绝动物是不可取的,但掌握复活技术对保护生物多样性有重要意义。

“猛犸象可以复活是偶然,因为几千年前它刚巧在西伯利亚寒冷的环境中保存下了完整的细胞核。”徐讯说,“其实猛犸象灭绝的时间离我们很近,因为4000年对于地球来说是很短的一段时间。而距我们更久远的恐龙如今只有化石,即使人们捡到了它的蛋,那里也没有活的细胞和基因。”■

(部分内容来源于科技日报)

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