“复活”一只猛犸象?其技术有助于保育现存动物

羊城晚报 2017/4/2

猛犸象还原图

最近一部电影《金刚·骷髅岛》片尾的“彩蛋”里有一句话:地球上远不止我们,还有它们,而主宰地球的可能并不是我们……地球存在已年代久远,在侏罗纪、白垩纪之后,还有漫长的冰川期,即气候寒冷的大规模冰川活动的时期。这期间,地球上曾生活过许多我们从未见过的生物,目前都还只能通过历史学家和考古学家的分析与研究才能窥其一斑。

随着分子生物学的兴起和克隆技术的突飞猛进,近年来,科学家们竟开始热衷于“复活”一只猛犸。

看过电影《冰川时代》系列的人,应该对猛犸并不陌生。科学家们对“复活”猛犸越来越有信心,我们仍不免疑惑重重:为什么“复活”的对象偏偏是猛犸呢?在公元前1670年左右,最后一批猛犸象为什么会全部灭绝?“复活”后的猛犸还能适应眼下这个世界吗?它又会给如今的生物群带来怎样的意外呢?

猛犸象是如何灭绝的?

真猛犸象是由早期的罗马尼亚猛犸象、南方象和草原猛犸象以及哥伦比亚猛犸象逐渐演化而来,又叫长毛象。一头成熟的真猛犸象,身长达5米,体高约3米,与亚洲象相近,门齿长1.5米左右,且身体肥硕,体重可达6-8吨。壮年的猛犸象身披黑色细密长毛,皮厚,皮下脂肪层可达9厘米。

研究人员发现,到冰川世的后期,还演化出了几种体形很小的侏儒猛犸象。其中一种从哥伦比亚猛犸象这个庞然大物演化出的侏儒猛犸象,肩高只有1.7米,体重只有759公斤,而前者的肩高达4.3米,体重达9100公斤。

在猛犸象的演变过程中,究竟发生了什么事?

现有的研究资料中,猛犸象灭绝的原因仍没有定论。有研究认为,可能是由于气候变化(变暖)和人类的过度猎杀。一项发表在美国《科学公共图书馆·遗传学》期刊上的研究还显示,因种群数量过低,长毛猛犸象在灭绝前基因已经出现了严重变异,由此引发的多种疾病也进一步降低了它们的生存能力。

研究人员通过基因组分析得出结论:长毛猛犸象在灭绝前已处于一种“基因坍塌”的状况。它们没有嗅觉、不爱社交、总是消化不良,连一身硬毛都变得油光水滑、很难御寒……研究人员对比了两头来自不同时期、不同地点的长毛猛犸象的基因组,其中一头发现于西伯利亚以北的弗兰格尔岛,距今约4300年;另一头则发现于大陆之上,且距今已4.5万年。后者所在群体显然数量更多、更健康。他们发现,在弗兰格尔岛上发现的长毛猛犸象与其“远祖”相比,有害基因变异明显增多,这可能导致它们出现消化不良等胃肠不适,原本的硬毛也变得更光滑、更有光泽,从而很难抵御低温侵袭。而且弗兰格尔岛上的长毛猛犸象嗅觉也不灵敏,它们体内的尿蛋白缺失还会影响其社会地位和交配。

首先发表长毛猛犸象基因序列的研究组负责人、瑞典自然历史博物馆的洛韦·达伦说,这项研究“结果新奇”,因为发现了“大段基因组缺失”,“有些已影响到功能性基因”。他说:“如果更多长毛猛犸象以及其他物种的基因组经过分析后得出相同结论,这对保护生物学具有非常重要的意义。”

为排除单一样本异常的可能性,研究人员还建立数学模型,分析在种群数量变化时,基因组会出现何种变化。该研究的共同作者、美国加利福尼亚大学伯克利分校的丽贝卡·罗杰斯说,数学模型显示出,两头长毛猛犸象样本的差异性“太过极端,无法用其他因素解释”。该研究同时指出,上述发现是对“持续保护现存种群数量低的濒危物种的警告”。

英国广播公司报道称,长毛猛犸象的“基因坍塌”教训说明,一旦种群数量低至特定水平,物种的基因健康便因无法有效开展自然选择进程,因而会持续恶化、无法逆转。

怎样“复活”一只远古生物?

据徐讯介绍,“复活”猛犸象最少需要三个步骤:第一步,“复活”猛犸象细胞;第二步,恢复细胞的全功能性并形成胚胎细胞;第三步,找到代孕母体孕育生产出个体。

目前,科学家们已经成功地在两具猛犸象冰冻尸体中提取了留存下来的DNA,其中一具死于两万年前,另一具死于6万年前。但要复制一只猛犸象,除了需要DNA,还要有细胞核。而这些遗骸历经上万年,细胞核早已受损。所以严格地说,现在科学家们能“复活”的,应该不会是一只完整的猛犸象个体,目前只能是“令新个体的基因中包含有猛犸象的某些性状”。

也有人提议,先将猛犸象的遗传物质与亚洲象的进行杂交,培育出一种带有长毛猛犸象特征的大象,比如它很耐寒。美国哈佛大学一个团队正在尝试利用CRISPR基因编辑工具,将从长毛猛犸象残骸上获取的基因拼接到亚洲象的DNA上,从而培育出杂交胚胎。

由于原始长毛猛犸象基因包含了这种动物典型特征的遗传信息,包括小耳朵、更厚的皮下脂肪、长且蓬松的体毛以及能够适应低温的血液,理论上新一代的“混种”也能获得这些主要的身体特征。这个结果,可能再过几年就会知道能否成为现实了。

不过由于猛犸象即便和最“近亲”的亚洲象基因组的差异仍有4.7%,这对于移植胚胎,给猛犸象找“代孕妈妈”,也带来相当的难度,因为母体的免疫排斥反应很可能导致代孕者流产。

此外,尝试以特殊形式复活一只古代动物的做法,还在学术界引起一定争议。英国曼彻斯特大学动物学教授马修·科布提出一个伦理问题——猛犸象并不是简单的一组基因,它和如今的亚洲象一样是一种群居动物,其中一个问题是:“如果这种大象和猛犸象的混种被生出来,其他大象会怎么对待它呢?”

还有更多科学家提出了自己的疑问,比如目前的气候环境并没有变化到当年冰川期的状态,复活后的猛犸能否适应现在的地球?如果它们只能活在实验室,花如此财力、物力、精力去复活它们又有何实质上的意义?如果它们能走到野外生存,这种违反自然规律的现象,是否又可能带来另一些物种的灭绝?等等。

的确,这都是值得我们思考并有待讨论的问题。如果真像电影《侏罗纪公园》甚至《金刚·骷髅岛》中所描述的那样,万一结果将给人类带来更多可怕的灾难,我们又该如何去面对?

为何选择猛犸象?

迄今所知,地球上分布最广的陆地哺乳动物群正是更新世中后期的猛犸象动物群。该动物群组曾是地球历史上最重要和最有影响力的哺乳动物群之一,也是地球陆地上保存软组织最多的一个灭绝动物群。其成员包括猛犸象、披毛犀、野牛、洞熊、棕熊、洞狮、驼鹿、驯鹿、高鼻羚羊及麝牛等,其中以前三种动物最为常见。该动物群在鼎盛时期几乎覆盖了北半球的中高纬度地区。

据新华社记者报道,深圳华大基因研究院院长徐讯在分析复活一只猛犸象的可能性时,称这主要得益于它们灭绝的年代离我们很近。他说,“4000年对于地球来说只是很短的一段时间”,而恐龙早在6500万年前就已经灭绝了。由于DNA半衰期仅约521年,即每过521年,遗骸中的DNA就减少一半。在零下5℃时,DNA全部分解需要680万年,但破碎到无法解读只要150万年。因此,到现在,恐龙的DNA早已无迹可寻,但猛犸象仍有保存完好的遗骸。

目前人们已发现了不少猛犸象、披毛犀和野牛等动物的冰冻尸体。2013年,俄罗斯科学家发现的一具猛犸象,遗骸出土时甚至还有血液渗出。这对于研究者们来说,无疑是一剂“强心针”。因为此时不科学家们不仅已可以培育出无性繁殖的克隆羊、克隆猪、克隆牛,2008年,日本理化学研究所若山照彦博士领导的小组,还首次用冷冻保存16年之久的小鼠尸体的细胞培养出了世界上第一只克隆鼠。

美国有一个叫“复活”的非盈利组织一直在积极推动各种灭绝动物的复活研究工作。他们在官网上介绍称,“复活”猛犸象是有必要的,不仅仅因为复活它们相对来说更有可能性,也因为复活猛犸象所用到的基因技术和人工繁殖技术等,将有助多种现存动物的保育;而且猛犸象对冻原生态系统有重要促进作用,重新让它们出现在这些地区,有助人类研究应对气候变化的方法;古老的DNA中保存了许多重要“秘密”,破解它们或许还有助如今的生物学和医学发展……总之,让这种远古动物通过特殊形式复活,带来的正面影响应该会大于负面影响。

目前在美国,保护生物学家甚至掀起了复苏整个更新世动物群的热潮,他们试图在北美洲建立保护区,野化大象、马、骆驼、猎豹及狮子等大型动物。

在俄罗斯,科学家也提出了在西伯利亚东北部建立更新世公园的计划,其主要目的是重建末次冰期的泰加林/冻原草原环境,从外地引进大型食草动物到西伯利亚,这有助于启动重建草原生态系统的良性循环机制。

科学家已成功地从猛犸象胃囊残留食物中鉴定出多种植物,并发现猛犸象生存的草原环境其实相当类似于现代的干冷草原,因此猛犸象才吸引了众多科学家的目光。(那 拉)

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