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2017-03-10 14:41:34

2012年9月,俄韩签署协议共同克隆已经灭绝的猛犸象。
2012年9月,俄韩签署协议共同克隆已经灭绝的猛犸象。
新闻背景
新闻背景

  英国《新科学家》杂志在2017年科技进展预测中提出,借助基因和干细胞技术,大量濒临灭绝的动物将在2017年得到挽救,甚至一些已经灭绝的物种也能借助近亲基因重回地球。不久的将来,人类或许会重建生活着大量冰河时代动物的“更新世公园”。

  推算DNA半衰期为521年

  尽管这一科学前景十分诱人,但要实现起来有不少困难。对于复活已经灭绝的物种,首先最主要的困难是,要提取到它们的DNA(脱氧核糖核酸)才有可能借助干细胞和克隆技术复活灭绝动物。但是,灭绝动物的DNA一是难于发现,二是可能难以提纯。例如,克隆和复活灭绝的猛犸象等动物就存在这种难题。

  这个难题表现在,DNA会随时间的推移而消失,具体表现为半衰期的长短。

  DNA的半衰期,是指一个已经死亡生物的DNA核苷酸骨架之间的化学键半数降解掉所需的时间。如果一个生物的DNA在一定时间之后处于半衰期,则意味着这一生命体的遗传信息有一半已经丢失,要克隆这样的灭绝动物会很困难。

  丹麦哥本哈根大学的莫顿·艾伦托夫特和澳大利亚佩斯市默多克大学的默克尔·邦斯等人,在2012年12月的英国《皇家学会学报B》上,以“骨骼DNA的半衰期:对158块陈旧化石的衰败活性的测量”为题,发表了一项关于动物DNA半衰期的研究结果。他们对属于3种已经灭绝的古代巨鸟(恐鸟,1800年灭绝)的含有DNA的158根腿骨化石进行了研究,推算出DNA的半衰期为521年。根据这项研究的推论,即便在-5 的最理想条件下保存,DNA的化学键最多经过680万年就会分解得一个不剩。

  通常,一种生物死亡后就会腐烂分解,其中起分解作用的有外界微生物,还有生物体内部的酶。但是,死亡生物体与水的反应,才是造成生物体DNA化学键分解的主要原因。无论环境怎样,只要死亡生物掩埋于地下,就会与地下水发生反应,并按一定的速度降解。但是,要了解一般情况下生物DNA平均降解的速度或速率非常困难,因为很少能找到大量的残骸DNA来做比较研究。

  研究人员认为,保存在冰川中的DNA被毁掉要花费更长的时间。比如,一根骨骼保存在-5 的理想温度下,其DNA中的化学键被毁掉的最长时间可以达到约680万年,但大约在150万年后,剩下的DNA链便因为太短而无法传递有意义的信息,因此这些DNA的信息是无法读取的,所谓克隆也是一种梦想。

  由此也提示,过去认为能从恐龙和密闭的琥珀中的古昆虫提取DNA并复活它们的想法并不现实,因为恐龙距今至少6500万年,而琥珀中的古昆虫的年龄也在500万年至1亿年。在这么久远的年代,DNA中的化学键早就降解了。现在找到的最古老的DNA是昆虫和植物的,时间大约在45万至80万年前的古冰川期。

  这也是克隆1万年前灭绝的猛犸象极为困难的原因,这取决于从猛犸象残骸中提取的DNA是否过了半衰期而半数降解或大部分降解。

  复活灭绝动物的两例尝试

  如果能提取到灭绝动物的未超过半衰期的DNA,则复活灭绝动物就比较容易一些。现在,澳大利亚研究人员克隆出了一个活了几天的胃育溪蟾胚胎,尽管克隆出的胃育溪蟾并没有长成蝌蚪和幼蛙,但这已经是复活灭绝动物的开创性成就。胃育溪蟾是于1984年已经灭绝的动物,它们的DNA被保存了30多年。

  胃育溪蟾是中等身型的蛙类,呈深灰色,背部有细小的疙瘩。雌蛙较雄蛙大,雌蛙长约44-54毫米,雄蛙长约33-41毫米。

  澳大利亚悉尼的新南威尔士大学古生物学家迈克·阿彻和保护生物学家迈克尔·马赫尼等人从事的“拉扎勒斯项目”,就是专门复活胃育溪蟾的。不过,被用于克隆的灭绝胃育溪蟾的DNA,并非是其1984年灭绝后从其残骸中提取保存的,而是在其濒临灭绝的1979年由澳大利亚阿德莱德大学的迈克·泰勒将胃育溪蟾的部分包含DNA的组织保存到了冷冻器中。

  阿彻等人采用与产生克隆羊多利相似的技术,即体细胞核转移技术来复活胃育溪蟾。2013年初,研究人员以澳洲的大青蛙为供卵者,在提取大青蛙的卵子后,用紫外光灭活大青蛙的细胞核,然后把保存的已灭绝的胃育溪蟾的DNA,植入细胞核已灭活的大青蛙卵子中。结果,几周后,有一个卵子活动起来,而且存活了3天,长成了一个囊胚。经过DNA检测证明,这个囊胚包含的遗传物质是胃育溪蟾的。

  复活灭绝动物的另一例尝试是,西班牙研究人员于2009年克隆了一只已经灭绝的布卡多野山羊。研究人员认为,布卡多野山羊在2000年前就灭绝了,但是在1999年西班牙研究人员追踪并捕获到世界上最后一只叫做希里亚的13岁布卡多雌野山羊,意识到这种野山羊的珍贵性后,研究人员从野山羊的耳朵上采集了它的皮肤细胞冷冻储藏起来,然后将其释放。几个月后,希里亚被发现死在一棵倒下的树旁,这也意味着布卡多野山羊是最近才灭绝的。

  随后,西班牙萨拉哥萨大学的乔希·弗奇等人把保存的布卡多野山羊的皮肤细胞的细胞核,植入到家养山羊去除了细胞核的卵子中,通过电击让卵子发育,成为重组胚胎。实验进行了两次,有7只家养山羊成功怀孕,但最后仅有1只雌性布卡多野山羊出生,并且是以剖腹产方式娩出。最后,这只新出生的野山羊患有先天性肺部缺陷,在出生7分钟后因呼吸困难而死亡。经检测,这只克隆的小羊羔的基因和布卡多野山羊的基因一致,从而被认定为是一次短暂的成功的克隆。弗奇等人的研究结果发表在2009年4月的美国《兽医学》杂志上。

  然而,这两例对灭绝动物的克隆,实际上还是对存活的濒危动物的克隆,因为它们的细胞都是在其生前提取并保存在实验室中的。

  克隆死亡不久的动物已有先例

  那么,克隆动物的细胞都必须在生前提取吗?可喜的答案是,不。克隆刚刚死亡的动物似乎完全没有问题,因为DNA还不会降解。

  例如,韩国济州国立大学的朴世弼等人于2010年用一头已死亡的牛的细胞克隆了一头小牛,从而让这头死牛起死回生。不过,他们利用了冷冻技术。

  2007年,朴世弼等人将一头刚刚死亡的牛的细胞核植入一些去核卵细胞中,再利用体外授精技术创造了一个牛胚胎,并将其保存在-196 冷库中。2010年1月,研究人员将胚胎取出解冻,并将其植入另一头母牛的子宫中,这头母牛于同年10月通过自然分娩产下了一头克隆牛。小牛的基因组与那头死去的牛完全相同。

  因此,目前研究人员最有可能克隆近期死亡的动物,因为它们的DNA尚未降解。而且,世界各国也有一些研究人员陆续克隆了一些刚刚死去的动物。如2003年9月,巴西研究人员克隆了一头在事故中死亡的荷兰种奶牛。2010年7月,美国加利福尼亚州斯克里普斯研究所和圣地亚哥动物园联合研究组,成功利用一只已经死亡的鬼狒的皮肤细胞制造出了这种濒危动物的干细胞。虽然美国研究人员并未克隆出已经死亡的鬼狒,但制造的干细胞已经是克隆的前身了。

  挽救和复活濒危动物要比灭绝动物容易得多,因为至少还可以提取前者的DNA进行克隆,甚至提取它们的生殖细胞用辅助人工生殖技术进行孕育。

  例如,北方白犀牛已经濒临灭绝,剩下不能生育的3只生活在肯尼亚。我们可以提取白犀牛的生殖细胞进行人工授精,发育成胚胎后再移植到水牛或奶牛代孕母亲体内孕育,足月后就可分娩出白犀牛。用干细胞、冷冻物种和辅助生殖等技术,新犀牛有望在2017年出生。

  克隆已经死亡的动物没有问题,当然也给复活灭绝动物提供了希望。目前正在进行的引人注目的一项研究就是,通过向亚洲象的卵细胞加入猛犸象DNA,试图将灭绝的猛犸象克隆出来。

  尽管克隆是挽救灭绝动物的一种充满希望的方式,但是,如果灭绝动物死亡年代久远,超过其DNA的半衰期,克隆就可能是一种神话。当然,另一个需要回答或解决的问题是,灭绝动物即便克隆出来,它们能适应今天的环境而生存下来吗?

来源:bwin彩票官方网址

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