天天看点

克隆动物有多难?写进教科书的克隆羊多利,为何寿命只有一半?

1996年7月5日,苏格兰罗斯林一个柔和的夏夜,历史上最著名的绵羊之一在罗斯林研究所附近的谷仓里悄然诞生。她出生时没有太多的关注,没有媒体的聚光灯,甚至她的主要创作者伊恩·威尔穆特(Ian Wilmut)也对这一刻一无所知。直到次年2月,这种小动物的存在才被公之于众。

克隆动物有多难?写进教科书的克隆羊多利,为何寿命只有一半?

一只注定要踏上|历史保罗·哈德森 / 维基共享资源

这种淡灰白色的生物看起来像苏格兰山丘上的一千只羔羊,但她的专长很快引发了全世界的争论 - 她是第一个被成功的体细胞克隆的哺乳动物,这是一种使用成年绵羊乳腺细胞核开发的完整生物体。伊恩·威尔莫特(Ian Wilmott)以美国乡村歌手的名字命名了羊羔多莉·帕顿(Dolly Parton)。

第一只克隆的绵羊

"clone"来源于希腊语中的"kl",意思是用植物树枝种植新植物的过程。我们在高中生物学书籍中谈到了细胞的全能性,诱导植物细胞的分化和发育比较容易,有很多植物的营养器官甚至不需要任何诱导就能成为新的菌株。在农业生产的悠久历史中,人类探索过许多植物无性繁殖的方法,自然而然地思考,他们能否以同样的方式大规模生产具有优良性状的动物。

克隆动物有多难?写进教科书的克隆羊多利,为何寿命只有一半?

植物克隆很容易实现,犹他州拥有"世界上最大的单一生物"的世界纪录,一块克隆的颤抖|通过根部萌发自然生长 斯科特·卡特隆 / 维基共享资源

但生物学书籍也告诉我们,恢复动物细胞的全能性要困难得多。在多莉之前,克隆动物的尝试已经开始,并取得了一些成功。早在1952年,Robert Briggs和Thomas B. Robert Briggs以及Thomas J. King克隆了Northern Leopard Frog;1963年,孩子克隆鲤鱼的第一周。生物技术的进步如何减少斑马鱼?因此,在1981年,斑马鱼被克隆出来。

人们希望克隆技术逐渐应用于高等复杂动物。在多莉生命的头十年左右,绵羊和小鼠被成功克隆 - 只使用早期胚胎细胞而不是忧郁的细胞(这听起来更像是一种辅助生殖技术,而不是复制)。显然,核移植克隆更容易在低等(或更原始)的动物和分化较少的细胞中实现,这也强调了Dolly的重要性,如上所述,这是第一个使用体细胞核的成功哺乳动物克隆。

克隆动物有多难?写进教科书的克隆羊多利,为何寿命只有一半?

多莉的出生,还记得中学教科书吗?|斯奎多纽斯 / 维基共享资源

她的核心供体是芬兰多塞特绵羊,卵子供体是苏格兰黑脸羊,很明显,多莉的性格应该由细胞核决定,当然,她是芬兰多塞特羊。

克隆是一种危险的技术吗?

克隆多莉的过程并不那么顺利,与多莉同期一共试育了277个卵子,只有13个发育成胚胎,胚胎移植后,最终只生下了多莉一个幼苗。成功率为1:13:277,这表明体细胞移植克隆在1990年代是一种非常不成熟的技术,但这并没有阻止人们谈论它并期待它。

回顾二十世纪,生物医学领域的许多进步极大地改变了人类的生活方式和社会模式,例如青霉素的发现,遗传结构的检测,天花的根除等等。多莉的出生也是其中之一,但与之前的出生不同,多莉的出生促进了人类对自己意义的理解。

克隆动物有多难?写进教科书的克隆羊多利,为何寿命只有一半?

《银翼杀手2049》讲述了克隆人作为奴隶和人类屠杀克隆人的故事|布莱希特虫 / Flickr

夸张地说,自从多莉被公之于众以来,"人类"的定义已经发生了变化,如果有借口让技术差距逃脱,那么人类现在必须面对这个问题:

"人类能克隆人类吗?"

在多莉出生之前,克隆人更像是科幻小说的主题,或者是一种技术可能性(例如银翼杀手),许多人认为这是在不久的将来没有希望实现的东西。然而,随着多莉的出现,社会对克隆技术的看法一落千丈,甚至有人认为科学的发展已经到了毁灭人类的边缘。在文艺创作中,《克隆》这一历史悠久的科幻题材再次大放异彩,《第六天》《逃离克隆岛》《月亮》等电影都是这种思潮的反映。

克隆动物有多难?写进教科书的克隆羊多利,为何寿命只有一半?

克隆并非不可能|这些天 Medspace / 维基共享资源

然而,艺术创作只是艺术创作。至少就目前而言,人类克隆不是任何研究人员计划的一部分,而且缺乏物质基础。完全复制的动物克隆是相当有限的,人们已经认识到,物种保护的本质之一是保护遗传多样性,简单地增加个体是没有意义的。1998年,国内科研团队成立了一个异质核小体克隆(将大熊猫的细胞核放入其他动物体内使卵母细胞无核化)的繁殖项目,该项目最初取得了一些进展,然后,胚胎合成的高失败率,加上保护观念的改变,最终将"克隆拯救物种"的想法被否定。

多莉生来老了?

更重要的是,生命是一个复杂的系统,在与环境互动的过程中产生,人类是社会关系的总和,克隆熊猫军或克隆军暂时只能是科幻。克隆多莉更现实的意义应该在于医学研究的可能性,如器官的靶向克隆,基因工程动物的复制,甚至诱导人体的自我再生。在多莉出生后的短短几年里,生物制药公司对器官克隆文化的研究如雨后春笋般涌现,他们知道人类的自我意识今天还远未明朗,人类基因组计划需要近十年的时间才能完成。

克隆动物有多难?写进教科书的克隆羊多利,为何寿命只有一半?

《侏罗纪公园》展示了|复活的灭绝动物弗兰克·文森特兹的想象力 / 维基共享资源

然而,克隆热潮似乎很快就被泼起了冷水。2003年 - 多莉,六岁半,在罗斯林研究所去世,没有达到绵羊的平均预期寿命 - 11至12岁,死于肺病和关节炎。当时,普遍的观点是,多莉出生时的遗传年龄为六岁,与细胞核供体相同。

事实上,在多莉出生时,也有人提出了类似的担忧,二十世纪初发现的端粒机制似乎暗中决定了多莉的命运。端粒是TTAGGG染色体末端的基本单位,重复碱基序列500至3000次,并与某些蛋白质结合(这意味着哺乳动物端粒,其他生物群具有不同的端粒序列和重复)。随着遗传物质的每次分裂,端粒被缩短一段,以保护染色体本身免受损伤。

克隆动物有多难?写进教科书的克隆羊多利,为何寿命只有一半?

简单地说,端粒就像缠绕在鞋带末端的东西,每当染色体复制时,它就会磨损一些|Ultrabem / 维基共享资源

原始状态干细胞中的端粒最长,当端粒缩短为零时,细胞分裂会损害染色体本身,导致细胞死亡。在一些细胞中,例如卵细胞,有一种延长端粒的酶,而端粒通常在体细胞中缺乏。"克隆绵羊早期衰老"观点的反对者认为,由于卵细胞带有端粒酶,因此可能存在延长太短的体细胞端粒的机制。

克隆技术的未来

现实似乎站在悲观主义者一边,1999年的一项研究表明,多莉的端粒确实更短,这表明多莉可能经历了过度衰老,看起来生理细胞克隆似乎走得太远了。但后续报告提出了反对意见,罗斯林研究所表示,在多莉中没有发现过早衰老的迹象,她的健康状况不佳可能是由长期室内生活引起的肺部病变引起的。

2016年的这项新研究更进一步,报告说,13只克隆绵羊健康地生活到八岁,其中四只来自多莉的同一细胞系。在他们身上没有发现任何衰老疾病的证据,基本上排除了溶体成形细胞克隆的不良影响,这表明多莉的死亡很可能是实验过程中的意外。

克隆动物有多难?写进教科书的克隆羊多利,为何寿命只有一半?

多莉的死因不是细胞衰老|Sgerbic / 维基共享资源

这在生物医学领域无疑是个好消息,但目前的研究方向主要集中在诱导干细胞技术(iPScell)上,该技术利用诱导因子来区分成熟的体细胞并恢复到干细胞状态。如今的iPScell技术发展迅速,得到了广泛的应用,但也产生了大量的科学造假。

今天,人们还没有完全理解克隆动物背后的机制,多莉和她的继任者给我们带来了越来越多的机制需要探索,道德和伦理问题需要被识别。虽然不会允许完全克隆人,但在未来,相关的衍生技术仍可能被用来改造甚至重新定义人类。

但那是我们和羔羊不知道的。

克隆动物有多难?写进教科书的克隆羊多利,为何寿命只有一半?

本文来自物种日历,欢迎转发

如需转载,请联系 [email protected]