如果我很有钱——钱多得只想去搞异想天开的事情,我不会像John Hammond先生一样去复制活恐龙,建立一座侏罗纪公园(Jurassic Park)。因为我所具有的生物学知识告诉我,将6500万年前灭绝的恐龙再造出来,是一件多么不靠谱的事。
左图:《侏罗纪公园》(Jurassic Park)剧照
在特技精彩的电影《侏罗纪公园》里描绘了复制恐龙的程序:一只蚊子刚刚吃饱了恐龙的血,却恰好被一滴松脂包裹落入泥土。经过6500万年的沉浮,这只蚊子琥珀被科学家挖掘出来,从它肚子里的恐龙血中提取出恐龙的基因(即DNA),通过克隆技术造就了生龙活虎的恐龙。这一貌似科学的程序倒不是编剧或者小说原著的凭空臆想,科学家们确实尝试过从化石中提取古生物(包括恐龙)的DNA。但是,对多种古生物样本的DNA性状进行了研究后,科学家们发现在温带地区(如埃及),DNA保留以几千年为限,在寒冷地区(如北极和南极),DNA保存期以10万年为限。而恐龙的DNA如果保存至今,则远远超过了10万年的极限。
1996年,德国慕尼黑大学的研究者特地分析了在科学刊物或媒体报道过的4个恐龙样本。结果显示这几个样本中的DNA不太可能保存下来,同时还发现这些样本有近代生物的污染,哪怕是南极寒冷条件下保存的恐龙样本也有污染。因此,研究者认为从这些样本中取得恐龙DNA的可能性极小。
虽然研究者也发现,存在于琥珀中的昆虫DNA保存特别好,污染很少。但是从琥珀蚊子体内的恐龙血中提取恐龙DNA却是极为可疑——且不追究你如何就运气这么好,能逮住一只刚吃了恐龙血而不是鳄鱼血或者蜥蜴血的蚊子,如何分离和鉴定蚊子血vs恐龙血,蚊子DNA (或者其他生物DNA) vs恐龙DNA就是个巨大难题。也许你沾沾自喜的以为自己拿到了罕有的恐龙DNA,然而严格验证之后,发现不过是被其他生物DNA污染的结果。中国的科学家曾经就闹过这样的
笑话。
如果我很有钱——钱多得只想去搞异想天开的事情,我会考虑复制活猛犸(mammoth),建立一座冰河世纪公园(Ice Age Park)。
《冰河世纪》(Ice Age)剧照
猛犸,又名毛象,曾经是世界上最大的象,生存于距今300万年~1万年前的第四纪冰川时期。猛犸身披黑色的细密长毛,皮厚膘肥,具有极强的御寒能力(请勿与科学松鼠会之
猛犸对号入座)。与生活在热带或亚热带的现代象不同,猛犸一直生活在北半球高寒地带的草原和丘陵上。450~300万年前,人类与猿分化,开始直立行走并制造工具,与猛犸同期进化,和平相处。正如电影《冰河世纪》(Ice Age)中猛犸是呵护人类宝宝的好朋友,一片和谐融融之景象。
至4~5万年前,人类进化到了晚期智人(新人)阶段,学会使用火攻,集体协同作战,猛犸成为人类的主要狩猎对象。大约1万年前,猛犸逐渐从地球上消失,最后一批猛犸生活在北极直到3000~4000年前才灭绝。而那时,埃及人正在造金字塔。至于《史前一万年》(10000 BC)中神奇邪恶的埃及人是如何将猛犸从北极弄到非洲给他们搬砖的,我就不知道了。
《史前一万年》(10000 BC)剧照
猛犸虽然灭绝,却留下了不少的化石,甚至冰封于北极的完整尸体。这给科学家们提取猛犸DNA提供了良好样本。1994年,两个研究组分别从猛犸样本中提取出了DNA。不过当年提取出来的猛犸DNA序列还只是一些短小的片段,并不是完整的基因组。2008年,美国与俄罗斯的科学家们联手推出了从猛犸样本中得到的基因组DNA序列,共有41.7亿个核苷酸碱基(DNA的基本组成单位),此项成果发表于顶级科学学术期刊
《自然》(Nature)上。以前的研究表明,大象的基因组超过40亿个核苷酸碱基——惊艳出场的猛犸基因组的大小与此吻合。
既然基因组在手,让我们来再造一只活生生的猛犸吧。先别高兴得太早,猛犸样本中的基因组DNA序列,经过上万年的时间,已有不同程度的降解或者破坏。科学家们虽然把断裂的、降解的、破碎的DNA拼凑出了一幅貌似完整的基因组图谱,但是其中隐藏着诸多的错误和突变。而这些错误足够导致猛犸复活梦想的破灭。因此,首先要解决的技术问题是,复原出准确无误的猛犸基因组。
如果,我们自信得到了准确无误的猛犸基因组DNA序列,是不是接下来的一切就迎刃而解呢?所谓DNA序列,就是四种核苷酸碱基(A, T, G, C)的无限排列组合。然而由A, T, G, C组成的DNA链条,还要经过压缩,拧成麻花状的染色体。虽然科学家得到了猛犸DNA的41.7亿个核苷酸碱基的排列组合,却不知道应该拧成几条染色体。目前,科学家们正在对非洲象和印度象的基因组DNA进行测序,通过对这些猛犸的远房亲戚的染色体分析,来预测猛犸的染色体组成。
如果染色体的问题解决了,我们就该合成猛犸DNA了。科学家得到的基因组DNA序列只是存在电脑中的数据和图谱,不是实物。我们得用A, T, G, C四种核苷酸碱基作原料,开动机器,合成长长的DNA链条。虽然目前
科学家成功合成了细菌基因组的50多万个核苷酸碱基,但是猛犸基因组DNA有40多个亿,远不在同一个数量级。即使按照大象的染色体数目将猛犸基因组分成56个染色体,每条染色体仍有将近1亿个核苷酸碱基。如何人工合成如此长的DNA链,保证不断裂、不突变、不降解的高质量,依然是个技术难题。目前,合成DNA的商业价格大约是1美元1个核苷酸碱基,如果我要投资制造活猛犸,首先就得准备至少40多亿美元来合成猛犸基因组。
合成了猛犸的基因组染色体,我们就要将其导入细胞核了。染色体只有包装在细胞核里,才能表达基因,才能成为主宰生命的密码。虽然大象是猛犸的远房亲戚,科学家却认为用青蛙的细胞核来包装猛犸的染色体更好操作,然后再将包装好的猛犸细胞核植入大象的卵子细胞内。接下来的程序就是
克隆技术。
我们需要很多的母象的卵子来克隆猛犸,因为目前克隆技术的成功率只有1~3%左右。一头母象每四个月才排卵一次,每次只排出一个成熟卵子,一旦怀孕生小象,有五年的哺乳期(这期间不排卵)。如此长的周期,我们至少得收集三十多年的卵子,才够一次成功的克隆试验。不过,我们可以收集母象卵巢中没有排出的预成熟的卵细胞,在体外培养促成熟。对于其他的哺乳动物,可以用器具从生殖道进入体内,在超声波或者腹腔镜的定位指导下,找到卵巢,收集预成熟的卵细胞。然而,母象处女膜外的生殖道就有1米多长,其处女膜甚至在交配后仍是完整的。卵巢更是深藏在母象庞大的体内,超声波也难以找到卵巢的位置。因此,从母象体内收集卵细胞,是困难重重。科学家们设想用器官移植的办法来解决这个难题——将母象的卵巢移植到其他易操作的动物身上,成为产卵“机器”。在上世纪90年代,就有科学家把非洲象的卵巢移植到了老鼠身上,虽然观察到卵巢的发育,却无法得到成熟的卵子。不过这一方案依然很有前景。
收集到了足够的大象卵子,接下来就是细胞核移植。把大象卵子细胞中原有的细胞核取出来,再将包装好的猛犸细胞核植入大象卵子。随后,卵子细胞开始分裂,由一个细胞发育成多细胞的囊胚,即胚胎的早期阶段。然后将克隆的猛犸囊胚植入母象的子宫——深入2.5米长的母象生殖道。如果囊胚能顺利发育出胎盘,和母象的子宫建立起良好的母胎循环,猛犸的胚胎健康成长,那么我们可以小小喘一口气了。无论是1977年在西伯利亚发现的小猛犸尸体Dima,还是2007年在俄罗斯发现的另一具猛犸幼崽尸体Lyuba,都表明新生的猛犸幼崽和现代象幼崽的体积、重量都差不多,因此不用担心代孕象妈妈的肚子会被待出生的小毛象(猛犸)撑破。悉心照料代孕象妈妈,期待着小毛象的出生吧。
科学家们与猛犸幼崽尸体Lyuba
灭绝了上万年的猛犸横空出世,你想不想去看看?在这里我先做个市场调查吧,你愿意花多少钱去冰河世纪主题公园看一只活生生的猛犸?