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未来十年或出现猛犸象与大象的“混血儿”

国家地理中文网
2021-09-17
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哈佛大学遗传学家George Church参与创办的一家新公司希望利用适应寒冷环境的大象来改造北极苔原,这引发了激烈的科学和伦理讨论。

撰文:MICHAEL GRESHKO

佛罗里达州迈阿密海滩上的镀金猛犸象骨架雕塑,该雕塑出自著名艺术家Damien Hirst之手,名为“消失但未被遗忘”(Gone but not Forgotten)。但如果Colossal公司的计划实现,那么已灭绝的猛犸象的数十个基因将在适应寒冷的杂交亚洲象中重现。摄影:JEFFREY GREENBERG, EDUCATION IMAGES, UNIVERSAL IMAGES GROUP VIA GETTY

哈佛大学遗传学家George Church参与创建的Colossal公司提出了一个大胆的计划:利用猛犸象的DNA创造一种杂交亚洲象,这种亚洲象可以在北极气候下茁壮成长。

Colossal公司的长远目标是利用这些“混血儿”重塑北极苔原,将如今长满苔藓的苔原带转变成更新世时代茂盛的草原。一些科学家假设,在大范围内,这种逆转可能会减缓北极永久冻土的融化,从而减缓未来的气候变化。在此过程中,Colossal公司希望创造新的、利润丰厚的生物技术,比如补充传统保护方法的工具。

“我们是在阻止基因的灭绝,而非物种,” Church说道。“我们的目标是培育出与濒临灭绝的亚洲象完全杂交的真正耐寒的大象。”

利用生物技术帮助濒危物种甚至灭绝物种的想法并不新鲜。2009年,研究人员成功克隆了2000年灭绝的野山羊的一个亚种,但克隆的野山羊只存活了几分钟。今年4月,圣地亚哥动物园与非营利组织Revive & Restore宣布,他们克隆了一只濒危的黑足鼬,目的是在圈养繁殖项目中增加遗传多样性。

多年来,Church利用DNA序列“复活”猛犸象的计划一直占据着世界各地的新闻头条。

“大多数科学方面的问题已经解决;现在需要的只是资金和关注,”Colossal联合创始人Ben Lamm表示。“经过两年的努力,终于可以告诉人们我们在干什么了,这挺让人激动的。”

“替身猛犸象”并不会很快到来。Colossal公司的计划依赖于几项在大象身上未被证实的技术。Church表示,即使按照公司最理想的时间表,第一头杂交小象也要6年后才会出现。一个自我维持的象群可能需要几十年才能建立起来。

但即使是在目前的早期阶段,Colossal的计划也引出了一系列值得深思的问题,即一个物种的灭绝意味着什么,以及生物技术如何解决当今的物种灭绝危机。伦敦自然历史博物馆的猛犸象生物学家Tori Herridge表示,随着Colossal公司的横空出世,有关物种“复活”的讨论就不再是抽象的了。“我的第一反应是,事情变得越来越真实了,”她说道。

欢迎来到更新世公园

2008年,Church接受《纽约时报》采访时,讲述了猛犸象基因组的测序工作,此后,培育杂交猛犸象的想法在他心中愈发坚定。

起初,这个想法更像是一个无从下手的智力谜题。但在接下来的几年里,Church开始与Stewart Brand和Ryan Phelan合作,后者是非营利组织Revive & Restore的创始人。 Brand和Phelan目标是利用生物技术帮助拯救濒危物种,并让灭绝的物种复活。

“复活灭绝物种以及我们所谓的基因拯救,实际上一个充满希望的想法,为的是修复人类几个世纪以来造成的一些破坏,”Phelan说道。“这不是怀旧,而是增加生物多样性。”

Brand和Phelan邀请Church参加2012年和2013年在华盛顿特区国家地理学会总部举行的全球首次“去灭绝化”会议。

会议上,Church见到了俄罗斯生态学家Sergey Zimov,他是萨哈共和国切尔斯基东北科学站的主任。20世纪80年代以来,Zimov一直在研究西伯利亚的永久冻土,他警告称,永久冻土解冻后可能有大量甲烷和二氧化碳渗入大气。“这不是怀旧,而是增加生物多样性。”

Zimov还提出了一个将碳留在地下的方法。1996年以来,Zimov和儿子Nikita一直在更新世公园(Pleistocene Park)工作,这是切尔斯基附近的一块被篱笆围起来的苔原地带。Zimov夫妇引入了加拿大马鹿、北美野牛、驯鹿、双峰野骆驼和其他大型食草动物,以测试这些生物对景观的影响。

数万年前的更新世时代,欧洲、亚洲和北美的大部分地区都覆盖着高产的草原,到处都是各种各样的食草动物。到1万年前,许多食草动物,包括猛犸象,已经在世界上大部分地区灭绝,部分原因可能是人类活动,如狩猎。随着这些动物的灭绝,草地变成了灌木、树木和苔藓,形成了我们今天看到的苔原和针叶林。

Zimovs夫妇推测,猛犸象对于维持古代北极地区的高产草原至关重要。这些庞然大物能推倒树木,搅动泥土,用粪便给土壤施肥,帮草原蓬勃生长。它们沉重的脚步穿透了雪层和冰层,让北极的寒气更深入地渗透到永久冻土中。

“如果把生态系统看作是身体,”Nikita Zimov说。“那猛犸象就是功不可没的右手。”

虽然更新世公园没有猛犸象,但公园目前的食草动物可能已经在塑造这里的土壤了。在去年发表的一项研究中, Zimovs夫妇发现,在冬季,更新世公园内夯实的土壤比公园外的土壤要低12℃以上。

在这张鸟瞰图中,更新世公园郁郁葱葱的绿植环抱着俄罗斯北部的蓝色湖泊。摄影:Katie Orlinsky

缅因大学的古生态学家Jacquelyn Gill表示,从现代大象对其栖息地的影响来看,更新世公园恢复古代草原的愿景是“一个令人兴奋的假设”。然而,她提醒说,研究人员仍然不知道猛犸象生态系统运作的全部细节,这让今天的重塑工作变得更加复杂。

“以此作为开展草原恢复与复活项目的理由,感觉有点本末倒置了,毕竟这个项目牵扯到有关生态、社会、伦理和生物伦理方面的内容。”

不惜代价

尽管如此,Zimovs夫妇的工作还是激励了Church以及Revive & Restore的自然资源保护主义者,他们更加认真地投入到了猛犸象DNA和大象细胞的研究工作中。

到目前为止,Church实验室中参与大象和猛犸象研究的成员一直都是从定期更换的工作人员中挑选的兼职志愿者。因此,这些研究成果还没有在科学文献中发表,这让外界专家感到十分惊愕。Church说,实验室现在正准备在未来几个月提交两项研究论文发表。

Church实验室每年用于大象研究的预算只有约1万美元,资金主要来自投资者Peter Thiel的10万美元捐赠以及Revive & Restore的支持。

相比之下,Colossal公司吸引到的投资要大得多,有多达1500万美元的可支配资金。这些资金将用于支持Church实验室正在进行的大象细胞研究,以及公司内部实验室的发展。内部实验室将由Church实验室的前博士后研究员、公司现任生物科学部负责人Eriona Hysolli管理。

加州大学圣克鲁斯分校的古遗传学家Beth Shapiro表示,Colossal的资助模式对于从事物种保护的遗传学家来说可能是一种变革。她说:“这是一个全新的、庞大的资金来源,能直接投资到我们都关心的事情上。”

为了帮助指导工作,该公司聘请了一些科学顾问,其中包括两名有大象或猛犸象研究背景的研究人员:波茨坦大学遗传学家Michael Hofreiter,主要从事猛犸象和其他更新世动物的研究;牛津大学动物学家Fritz Vollrath,主要研究蜘蛛和现代大象的行为。

另外还有两位研究基因组编辑的著名生物伦理学家:威斯康星大学麦迪逊分校的R. Alta Charo和纽约大学的S. Matthew Liao。

生命科学家找到了方法

Colossal公司的最终目标是将足够多的关键基因转接到亚洲象的基因组中,创造一个适应北极严寒的“代理”物种,就像曾经的猛犸象那样。

尽管猛犸象和亚洲象最后的共同祖先生活在600万年前,这两个物种的DNA相似度仍高达99.9%,Herridge说道。但大象的基因组有30亿个碱基对。这意味着,亚洲象和猛犸象的基因组之间有超过100万个不同差异,科学家必须仔细筛选。

Lamm和Hysolli表示,目前为止,Colossal团队已经瞄准了至少60个猛犸象基因,包括与其脂肪沉积、血液在低温下的保氧能力以及标志性的蓬松皮毛有关的基因。

将相关的猛犸象基因插入亚洲象的DNA中需要同时进行多项基因编辑,这个问题已经在其他物种中得到了解决。Church的团队使用了强大的基因编辑技术CRISPR-Cas9,在几十个不同的地方同时对猪的基因组进行编辑,目的是使猪的器官可以安全地移植到人类体内。

这些候选猛犸象基因中至少有一种已经在转基因实验室小鼠中进行了测试。但是单个基因可以对整个基因组产生很多潜在影响,而一个基因对生物体特征的最终影响取决于该基因在体内表达的时间、地点和程度。这种调节部分依赖于猛犸象还未被研究透彻的DNA片段。

Church表示,Colossal的研究人员应该能够在杂交胚胎发育的早期阶段筛查出许多潜在问题。也就是说,他承认一些改变过的遗传性状——比如它们的耳朵,需要足够小才能防止冻伤——可能要到发育的后期阶段才能检查出来。

对Colossal公司来说,最大的不确定性是这些胚胎如何发育的问题。亚洲象已濒临灭绝,为了避免代孕,该公司声称将开发一个人造的大象子宫。

过去以羔羊和老鼠作为实验对象时,科研人员发现,人造子宫可以支持早产胎儿存活4周,或者支持5天大的胚胎存活6天。但Church说,到目前为止,还没有任何哺乳动物在整个妊娠期都使用人造子宫。

为了实现这一目标,Colossal必须首先在现代大象中开创先例。它们的妊娠期会持续近两年,幼崽出生时重达100公斤。

Colossal还需要充足的亚洲象细胞供应。Church说,公司尤其需要开发一系列诱导多能干细胞,这些干细胞已经通过生物化学手段进入原始状态,可以转化成多种可能的细胞类型,比如卵子。诱导多能干细胞已经被用于其他濒危哺乳动物,比如北方白犀牛,但还未用于大象。

停下来想一想是否该这样做

任何涉及动物的实验都伴随着伦理上的挑战。如果Colossal公司果真培育出一头健康的杂交小象,只会进一步提高风险。大象是长寿的、高智商的生物,维持着复杂且多世代的母系社会。

对古代猛犸象的研究表明,它们有许多与现代大象相同的社会特征。那么,第一个猛犸和大象的混血儿将如何被妥善照顾并社会化呢?未来这些混血儿将如何学会在北极生存,并有效地重启猛犸象文化呢?

“这不仅仅是让它们存在的问题,而是要确保它们一旦存在,就能茁壮成长,过上繁荣的生活,”廖(音译)说道,他是纽约大学生物伦理学家,也是Colossal科学咨询委员会的成员。“否则的话,对这些动物来说太残忍了。”

Colossal公司和Zimovs达成了一项友好的非正式协议,即更新世公园可以为该公司未来的一些猛犸象提供居所。目前,划定的土地只有20平方公里,最终计划覆盖144平方公里。

今天的迁徙象群可以走很远的路,猛犸象也是如此。最近一项的研究发现,一头1.7万年前的年轻雄性猛犸象在其28年的生命中行走了数万公里,足迹踏遍了现代阿拉斯加的大部分地区。如果Colossal公司要实现全部愿景,就需要将数百万平方公里的北极苔原进行再野生化,这样才能影响全球气候。

上述这些提议如果付诸实施将带来若干重大改变,也会在土地使用、现有北极野生动物的影响和全球治理方面引发诸多棘手问题。对于居住在俄罗斯、加拿大、美国和格陵兰岛的约18万因纽特人来说,这又意味着什么呢?他们原本就在压力巨大、急速变化的北极地区面临着最直接的风险。

“坦率地说,当非土著科学家想要以一种特定的形象重塑世界时,我就会相当怀疑。”温哥华英属哥伦比亚大学的土著研究学者兼动物文化历史学家Daniel Heath Justice说道。他指出,生物技术可以成为保护环境的有用工具,但有关这方面的工作,比如Colossal的研究,“不能只由非土著利益集团主导。”

Colossal公司在一份声明中表示,“这不会对目前居住在该地区的土著部落造成影响”,公司承诺将“环境保护以及包括人类在内的所有物种的保护放在优先位置”。

该公司的支持者认为,如果Colossal能够履行承诺,即使大象和猛犸象的杂交后代无法诞生,活着的物种也会从中受益。在Colossal的资助下,Church实验室正在研究合成大象嗜内皮性疱疹病毒(EEHV)的方法。许多年轻的亚洲象因感染这种病毒而死亡,它无法在实验室条件下生存。所以,合成该病毒将是研究治疗方法和疫苗的关键第一步。

加州大学圣克鲁兹分校的遗传学家Shapiro表示,“这类技术唯一现实、合理的论证路线是能够帮助那些活着的物种在快速变化的人类环境中茁壮成长。”

(译者:陌上花开)

责任编辑:Quan

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