灭绝通常意味着永别。一旦一个物种消失,它就只能存在于记忆和化石记录中。然而,猛犸象的情况似乎正在改变。自从这种重达八吨、高十二英尺、类似大象的巨兽在地球上消失了四千年后,它的部分DNA现在存在于由达拉斯的Colossal实验室和生物科学公司创造的小鼠体内。这些小鼠并没有它们标志性的短而灰棕色的毛皮,而是拥有猛犸象那种长而卷曲的羊毛状毛发,以及已灭绝的猛犸象加速的脂肪代谢,这帮助它们在地球的最后一个冰河时代生存下来。这两种特征都是精密的基因编辑的结果,Colossal的科学家们希望这种编辑能让猛犸象本身最早在2028年重新出现。
“猛犸鼠”的诞生
Colossal公司首席执行官Ben Lamm在一份声明中说:“Colossal猛犸鼠标志着我们在去灭绝任务中的一个分水岭时刻。通过将猛犸象进化途径中的多种耐寒特性导入到一个活体模型物种中,我们已经证明了我们有能力重现自然界花费数百万年创造的复杂基因组合。”
自2021年公司成立以来,Colossal一直致力于恢复猛犸象。这种动物相对较近的灭绝——仅仅几千年前,而不是恐龙统治结束的数千万年前——以及它在遥远的北方,包括北极地区的漫游,意味着它的DNA被保存在多个冻土中发现的遗骸中。为了它的去灭绝项目,Colossal收集了近60只被发现的猛犸象的基因组。
“复活”猛犸象的原理
原则上,从这些原始生物材料中重建物种相对简单,但在实践中却非常细致。这项工作包括确定负责将猛犸象与亚洲象(其近亲)区分开来的基因,编辑大象干细胞以表达这些特征,并将干细胞引入大象胚胎中。另一种方法是,科学家可以直接编辑新生的亚洲象受精卵。无论哪种方式,下一步都是将由此产生的胚胎植入现代雌性大象的子宫中。经过22个月——典型的大象妊娠期——至少在理论上,一只冰河时代的猛犸象应该会诞生到电脑时代的世界。
面临的挑战与解决方案
但是,挑战依然存在。重写基因组的工作需要对数百个胚胎进行广泛的实验,以确保关键基因得到正确的编辑。测试它们是否真的被正确编辑的唯一方法是跟踪胚胎的妊娠过程,看看是否会诞生一只可存活的猛犸象;然而,即使是一只实验动物的诞生也需要近两年的时间,这将使该过程变得不切实际。更重要的是,亚洲象是高度社会化、高度智能化和濒临灭绝的动物,这给对它们进行实验带来了难以解决的伦理障碍。因此,小鼠成为了理想的选择,因为它们的基因组很容易用CRISPR进行操作,这是一种基于细菌在野外用于防御自身过程的基因编辑工具,于2012年开发。更重要的是,小鼠只需要20天就能妊娠,从而实现了从胚胎到幼鼠的快速转换。
培育“猛犸鼠”的实验过程
在目前的实验中,研究人员确定了七个编码猛犸象蓬松毛皮的基因——识别出使其粗糙、卷曲和长的不同基因。他们还确定了一个指导黑色素生成的基因——它赋予毛皮独特的金色——以及另一个控制动物惊人脂质代谢的基因。依靠CRISPR,他们采取了干细胞和受精卵两种方法来重写小鼠的干细胞以表达这些特征。接下来的步骤涉及更多的尝试和失败。
在五轮实验中,Colossal的科学家们产生了近250个胚胎。其中不到一半的胚胎发育成了更大、更可存活的200到300个细胞的胚胎,然后植入到大约十几只代孕雌性的子宫中。在这些胚胎中,有38只小鼠幼崽出生。它们都成功地表达了猛犸象的金色羊毛状毛发及其加速的脂质代谢。Colossal的科学家们认为他们创造的生物是一个关键的进展。
“猛犸鼠”的意义
Lamm告诉《时代》杂志:“猛犸鼠项目并没有让我们更接近猛犸象,但它确实验证了我们在通往猛犸象的道路上所做的工作。(它)证明了我们去灭绝的端到端流程。我们从9月份开始了这个项目,10月份就有了第一批小鼠,这表明它是有效的——而且效率很高。”
未来的挑战
还有很多工作要做。猛犸象不仅仅是它的毛皮和脂肪,在它能够进入21世纪之前,科学家们必须改造几十个其他基因,包括那些调节其血管系统、耐寒代谢以及脂肪层在其身体周围精确分布的基因。然后,他们必须在更多的小鼠模型中测试这项工作,只有在它们在那里成功之后,才能在象身上尝试同样的技术。
Lamm说:“基因清单将继续进化。我们最初有大约65个基因目标,后来扩大到85个。这个数字可能会随着进一步的分析而上升或下降,但这是我们认为我们需要为最初的猛犸象编辑的基因数量的大致范围。”
更大的愿景:拯救更多物种
Colossal的科学家们认为所有这些工作只是开发一种更广泛适用的去灭绝技术的第一步。除了猛犸象,他们还想带回渡渡鸟和袋狼——或称塔斯马尼亚虎。
Colossal的首席科学官Beth Shapiro说:“我们去灭绝的三个旗舰物种——猛犸象、袋狼和渡渡鸟——涵盖了动物生命树的大部分多样性。每个物种的成功都需要解决一套不同的技术、伦理和生态挑战。”
这项工作不能再晚了。该公司指出,有研究表明,到2050年,地球上多达50%的物种可能会被消灭,其中大部分物种将因地球快速变化的气候而消失。生物多样性中心认为这个数字略低,为35%,但在任何情况下,广泛的灭绝都可能导致土地退化、多样性丧失、入侵物种的增加以及人类的粮食不安全。阻止气候变化和由此导致的物种丧失是远离这一悬崖的关键一步,但政策制定者和公众接受这一步的速度很慢。恢复将会消失的物种——或加强濒危物种的遗传健康,以帮助它们适应不断变化的世界——是应对环境衰退的又一项保险政策。
Shapiro说:“我们并不是说应该用基因编辑来代替传统的保护方法,而是说这是一个‘两者兼顾’的情况。我们应该增加我们可支配的工具,以帮助物种生存。”
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