作者:李诏宇 来源:科技日报 发布时间:2023/5/9 8:00:58
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基因技术能让灭绝动物“起死回生”?

 

斑鳖是现存体型最大的淡水龟鳖类动物,曾经遍布我国南方和越南广大地区,近百年来数量却急剧减少,濒临灭绝。4月24日,越南有关部门确认,栖息于该国同莫湖中的一只雌性斑鳖因不明原因死亡。而该斑鳖是目前为止世界上幸存的三只斑鳖中的一只,也是唯一的一只雌鳖。也许,斑鳖最终灭绝的命运已经难以逆转。

和斑鳖一样几乎灭绝或已经完全灭绝的物种还有很多。既然没有“时光机”,何不研究“复活药”?据美国媒体报道,美国一家生物技术公司日前宣布计划利用基因技术复活17世纪灭绝的鸟类——渡渡鸟。渡渡鸟、袋狼、猛犸象甚至是恐龙,都是人们尝试复活的“常客”。

那么,复活灭绝动物需要哪些条件?如果我们真的成功复活了灭绝动物,又该基于何种原则让其回归自然界?应该如何理解复活灭绝动物和保护濒危物种的关系?

复活灭绝动物:DNA保存难题待克服

“通常意义上的灭绝分两个层次,第一个层次是功能性灭绝,第二个层次则是真正的灭绝。”深圳华大生命科学研究院院长徐讯对记者说。

功能性灭绝指某类生物在自然条件下,种群数量减少到无法维持繁衍的状态,即失去了基本的生态功能,但仍可能有部分个体暂时勉强生存。华南虎目前就属于功能性灭绝,在野外难觅虎踪,仅在保护基地及动物园有少量华南虎存活。

真正的灭绝则是指一个物种的所有个体均已死亡,在地球上彻底消失了。例如,冰河时期的古生物猛犸象就属于真正的灭绝。我们只能通过博物馆中的冰冷化石来追忆这些曾经遍布西伯利亚草原的巍巍巨兽。

“对于功能性灭绝的物种,我们需要先扩大人工繁育种群,然后通过科学的野化训练,逐步将圈养个体重新引入野外环境,最后使它们达到种群自我维持的状态,即进行所谓的放归。”徐讯说。1981年,朱鹮的种群数量仅有7只,属于典型的功能性灭绝物种。在科研人员的努力下,截至2022年底,全球朱鹮数量已达9000余只。可惜,朱鹮的“幸运”难以复制到斑鳖种群上,缺乏雌性个体的斑鳖基本不具备通过人工繁育等方法扩大种群的条件。

“对已真正灭绝的物种,在伦理许可的前提下,只能通过采用包括克隆在内的基因工程手段进行复活。”徐讯表示。首先要获取灭绝物种的遗传物质或基因组信息;其次,要把遗传物质或根据序列信息体外合成的基因组,利用体细胞核移植技术整合到现存近缘物种的卵母细胞中,使其可以进行正常的有丝分裂和遗传信息的表达;最后要找到合适的代孕母体,将卵母细胞导入母体内进行发育。

有关专家认为,由于目前对古DNA的测序不能做到完整恢复遗传信息,复活出的动物的大部分DNA可能来自灭绝物种,但少部分DNA来自当代物种,因此,对灭绝动物的复活只能是部分复活,也就是复活出一个杂交物种。

徐讯介绍,2016年,深圳华大生命科学研究院曾参与一个国际项目,通过对一块带有皮毛的冻存猛犸象肌肉样本进行基因测序,帮助国际合作者进行猛犸象的基因鉴定。国际合作者在深圳华大生命科学研究院工作的基础上,进行了猛犸象细胞培养。此外,还有一些国外科学家试图通过把猛犸象的基因组片段编辑合成后加入亚洲象基因组,以达到在亚洲象的基础上恢复猛犸象特征的目的。但目前这些尝试均尚未取得明显突破。

有关研究曾指出,在不同的保存条件下,DNA的半衰期有所不同,在温度较高等不利条件下,DNA的半衰期最短不过30年,在低温等有利条件下,最长也不超过16万年。较短的半衰期,让通过DNA测序完全复原灭绝动物变得极为困难。因为大多数完全灭绝动物灭绝较久,即使灭绝时间有限的猛犸象、渡渡鸟等物种,其遗骸也并非全部保存在适宜的条件下,可能早已降解殆尽或质量极差。即使有少部分遗骸妥善保存,其数量也往往不足以支撑复活研究。

“或许人类离真正在技术上复活猛犸象等灭绝物种还有很远的路要走。”徐讯表示,“但科研工作者在这方面不断努力,不仅推动了科技的进步,也带来了许多其他方面的潜在应用场景。”

进行科学评估:解答复活动物放归之问

尽管复活灭绝动物困难重重,但我们仍不免畅想,假如灭绝动物真的在科学家的努力下重回地球,我们又该如何处置这些复活后的灭绝动物呢?是应该将之放归大自然,抑或将其关在人造的囚笼中?

“当我们谈到灭绝动物是否应该放归大自然的问题时,我们需要在科学评估的基础上,着重考虑两个具体问题。”徐讯介绍,“其一,这个物种能不能适应当下环境,也就是我们能否放归;其二,这个物种会不会破坏现有的生态环境或生态平衡,也就是我们是否应该放归。”

要想把复活后的灭绝动物放归大自然,首先需要考虑目前的自然界是否满足其生存所需的必要条件。对于那些灭绝时间较久的物种来说,现在地球的环境已经发生了改变,自然界可能不再能满足该物种生存的必要条件。

其次,需要考虑的是该物种是否具备适应环境的能力。“因为技术限制,科学家在复活一个灭绝动物的时候,很难完全保留其所有本该有的遗传特征,或多或少地会有一些特征的丢失或替换。”徐讯补充说,“在这种情况下,复活后的灭绝动物是否还能保有灭绝前的生存和适应能力,是一个需要充分考虑的问题。”

即便一个复活后的灭绝动物完全具备对现有环境的生存和适应能力,以破坏现有生态环境和生态平衡为代价将其放归仍是不可取的。“在一些物种灭绝之后,当下的生态环境已经形成了新的平衡。如果不加考虑地重新放归复活后的灭绝动物,平衡可能会被打破,需要付出更大的生态代价才能形成新的平衡。”徐讯说。

此外,基因污染是另一个需要考虑的问题。“如果复活的物种与现有物种进行杂交,可能会造成现有物种种群基因的污染。”徐讯表示,“这种污染可能造成远交衰退,进而严重破坏现有物种种群,甚至导致现有物种的灭绝。”

徐讯进一步指出,灭绝动物放归之问并非简单的问题,需要考虑的因素很多。如果复活一个物种,仅仅是为了满足人类的好奇心或用于展示,那么复活的意义将大打折扣。

保护现有物种:避免更多灭绝惨剧发生

复活灭绝动物和保护尚未灭绝的濒危物种是互相促进的关系,二者应并重而不可偏废。“保护濒危物种是为了预防物种灭绝,而复活灭绝动物不仅可以助力濒危物种的保护和保育,也可以助力提高生物多样性。”徐讯说。

有关专家认为,研究复活技术能帮助扩展濒危物种的种群数量和遗传多样性水平。例如,美国某公司通过复活濒危物种黑足鼬,为丰富其基因库作出了巨大贡献。

灭绝物种复活研究的第一步,往往是对这个物种灭绝前遗传状态的充分理解。“研究灭绝物种在灭绝前的遗传状态,以及该物种从繁荣到灭绝的整个过程中遗传状态的变化规律,会对濒危物种濒危机制的研究提供最直接的参考。”徐讯说,“如果仅研究现有物种,很难得到对濒危物种的保护具有极大推动作用的信息。”

徐讯表示,从保护基因组学的角度出发,评估分析濒危物种近交和远交的程度、遗传多样性的高低、不同种群之间的基因交流、有害突变的积累和清除等要素,有助于更充分地理解其濒危状态、认识其濒危程度,能为保育濒危物种提供科学指导,为诸多问题提供参考。

千姿百态的各类物种,既是美丽地球的瑰宝,更是人类走向未来的无尽财富。“我们并不希望通过更多现有濒危物种灭绝的经验,来告诉我们怎么保护尚未灭绝的濒危物种。”徐讯坦言。

 
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