科幻电影《侏罗纪公园》中,讲述了一个如何复活恐龙的故事。生活在恐龙时代的雌性蚊子吸取了恐龙的血液,并及时地被树脂所包裹,形成了琥珀化石,科学家通过提取蚊子体内的恐龙血液中的DNA,就克隆出活的恐龙来了。
然而这个故事真的可信吗?
真核生物的遺传信息主要储存在细胞核内的脱氧核糖核酸(DNA)中,DNA在细胞核内以双链配对,形成高度螺旋化的染色体,伴随着细胞的分裂而复制。生物的DNA里包合了几乎所有的遗传信息,也就是说,获得了一个生物的DNA序列就相当于获得了这个生物体的几乎全部信息,如果技术足够发达,我们可以通过基因序列来合成一个生物。
侏罗纪公园系列电影就基于这样的理论,让电影里的科学家通过琥珀里蚊子体内的恐龙血复活了恐龙。但事实上,DNA在理想条件下的半衰期,即有效序列信息消失一半的时间,大约为500年。也就是说超过10万年的样本中几乎不可能提取出有效的DNA信息了。而目前科学家找到的最久远的有意义的古生物DNA序列大约来自70万年前,并且只是破碎的短序列片段,距离完整的基因组还有很大距离。非鸟类恐龙已经在大约6 550万年前的大灭绝中消失,想要从化石中取得有意义的恐龙DNA,在现在看来似乎是不可能的。
巨大的腕龙、灵巧的伶盗龙,还有凶猛的霸王龙,从1993年第一部侏罗纪公园主题电影上映,到第五部《侏罗纪世界:陨落国度》,远古绝迹生物成为许多人梦寐以求的身影。随着生物技术的不断进步,基因编辑、生物合成不再陌生,现在,我们能否通过基因工程技术将活在银幕上的灭绝物种复活,打造现实版的侏罗纪公园呢?
换个思路:合成一只恐龙?
如果我们转换思路,不去寻找恐龙的古DNA,而是直接合成一只恐龙呢?就像侏罗纪世界中科学家结合了多种生物的DNA序列创造出的暴虐龙。近30年来的古生物学研究揭示了现代鸟类起源于兽脚类恐龙,也就是说,今天窗外的麻雀和白垩纪的霸王龙其实在演化过程中是表兄弟关系。那么我们有可能通过修改现代鸟类的基因信息来复活恐龙吗?
2015年,耶鲁大学的Anian课题组通过对鸡胚胎的基因编辑,使鸡原本在发育过程当中消失的牙齿保留了下来。但涉及生物伦理问题,这批鸡胚胎并没有最终孵化成“恐龙鸡”。Anian表示不想创造类似“恐龙鸡”的物种,只想了解恐龙长满牙齿的嘴是如何在演化中变成鸟喙的。
理论上,我们有可能通过修改现代鸟类的基因组来获得一种更像恐龙的生物,这也是侏罗纪系列电影中科学家创造恐龙的思路。但在非鸟类恐龙向鸟类转变的过程中,至少有上百个特征发生了变化,每个特征的背后是多种基因共同调控的结果,我们今天还没办法完全破译这些复杂的调控网络,再加上生物的个体发育需要大量基因按照时空顺序精密调控,贸然修改部分序列可能会导致整个系统的崩溃。就好像我们拿到了一本书,但却没有办法正确地阅读,因此修改书中的内容也就无从谈起。
选近点的合成?
虽然复活恐龙短期内还看不到成功的希望,但不少科学家对于复活一些最近才灭绝的生物充满信心。在西伯利亚的冻土层中,科学家找到了不少猛犸象的尸体,由于时间太短不足以让这些动物的遗骸变成化石,科学家也从这些珍贵的标本中提取出了有意义的基因片段,甚至重建了猛犸象的基因组,复活似乎只是时间问题。
早在1997年,科学家就得到了克隆羊“多利”。之后,各国科学家又陆续克隆出猪、牛、猴等其他也动物。目前,已经有二十余种动物被成功克隆,其中绝大部分别是哺乳动物。但还没有任何鸟类或其他爬行动物,其原因在于它们和哺乳动物不同的生殖系统。广义上的爬行动物(包括鸟类)没有子宫,—般为卵生。—方面,对卵细胞进行克隆的操作还存在困难;另一方面,我们对爬行动物的发育过程与基因调控了解甚少,这也增加了克隆的难度。
除了复制基因,人造细胞的产生也是一个方向。2010年5月20日,美国生物学家文特尔(Craig Venter)率领的研究小组在科学杂志上报道了首例人造细胞,这是有史以来人类创造的第一个能够自我复制的细胞。他们将这个细胞命名为“辛西娅”(Synthia),它拥有大约900个基因,整个基因组序列包合超过100万个碱基对。但“辛西娅”是一个原核细胞,缺乏细胞核结构和很多真核生物必要的细胞器。直到2017年3月,我国科学家宣布人工合成了真核生物酵母的4条染色体,标志着现代科学已经有能力合成大片段、有活性的真核细胞染色体,这是人类在“合成生命”道路上迈出的一大步。
或许真有一天,合成生物学能帮助我们搭建生命,复活那些绝迹生物,当然这不可避免地将涉及更多的问题,比如伦理、生态等。但是无论怎样,我们的想象力和创造力都不应被限制。
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