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如果恐龙会说话,侏罗纪公园就不存在了丨神奇的表观遗传密码

已有 1014 次阅读 2019-4-19 13:22 |个人分类:科学书摘|系统分类:人文社科| 于文强, 科学出版社, 侏罗纪公园, 克隆

​1993年,一部名为《侏罗纪公园》的科幻冒险电影横空出世。这部由著名导演史蒂文·斯皮尔伯格操刀、改编自美国作家迈克尔·克莱顿同名小说的电影,一经面世就吸引众多影迷的关注。


图片来源:https://movie.douban.com/photos/photo/1259566637/


电影中的故事总结成一句话,可以说是一枚琥珀引发的惨案。

 

哈蒙德博士召集科学家,在史前琥珀中的蚊子体内找到了留存下来的恐龙血液。正是从这极微量的血液中成功提取了恐龙的遗传基因,从而将6500万年前就灭亡的恐龙克隆了出来,建立了“侏罗纪公园”。

 

“侏罗纪公园”并不是一直风平浪静的,不幸的事情还是发生了。公园的管理系统被破坏,所有恐龙逃出控制区袭击人类,人与恐龙的争战一时造成死伤无数……


图片来源:http://movie.mtime.com/13057/posters_and_images/


影片和原著小说所引发的学习古生物学的高潮成为一个纪录,在1997年《泰坦尼克号》电影上映前,《侏罗纪公园》一直保持着当时的最高票房纪录。

 

电影虽然是虚构的,但是克隆技术却真实存在。那么,影片中恐龙复生的故事真的会发生吗?

 

那我们就要了解下,什么是克隆了。



克隆,音译自英文“clone”。这个词源于希腊的“Klone”,本意是指幼苗或嫩枝,以无性繁殖或营养繁殖的方式培育植物。克隆就是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖,以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。


“克隆羊‘多莉’之父”伊恩·维尔穆特与“多莉”


图片来源:https://www.guancha.cn/TMT/2013_05_17_145321.shtml


克隆界的“网红明星”估计非“多莉(Dolly)”莫属了。这只诞生于1996年的克隆羊是由移植母羊的乳腺细胞到被摘除细胞核的卵子细胞中发育而成的,它证明了一个哺乳动物的特异性分化的细胞也可以发展成一个完整的生物体。


图片来源:http://m.kdnet.net/share-12616520.html


其实,这并不是第一例成功的克隆实验。


克隆猫CC和它的主人


克隆技术早已存在,比如,1958年,美国生物学家戈登第一次成功地将成年爪蟾的体细胞核移植到卵里,并发育出活的胚胎;2001 年,第一只克隆猫CC诞生(CC,意思是Copy Cat或Carbon Copy),研究人员惊奇地发现,它的毛色和它的“生母”(提供遗传物质的母猫)很不一样;2006 年,日本科学家山中伸弥使用4种转录因子处理体细胞,即可使细胞变回多能干细胞;2017年11月27日,世界上首个体细胞克隆猴“中中”在中国科学家的努力下得以诞生,同年,12月5日第二个克隆猴“华华”也诞生了……

 

事实上,克隆技术的发展还得从胚胎学发展的早期说起。

 

19 世纪三四十年代,细胞学说被提出,人们认识到包括人类在内的所有动物都是由细胞组成的,动物所有的细胞都来源于一个受精卵。但这也引出了一个新的问题:为何一个受精卵可变成身体各种不同的细胞?

 

每一个人的生命都是从一个受精卵开始的,然后细胞从一变二、二变四、四变八……在细胞分化过程中,我们的遗传物质不曾发生改变,而细胞的类型却千差万别,有长得像树杈一样的神经元细胞,有长得像飞碟状的红细胞,有能够吞噬细菌的巨噬细胞,还有起因成谜的肿瘤细胞……



1885 年,德国进化生物学家奥古斯特·魏斯曼(August Weismann)提出了一个假说来解释这个现象:细胞每分裂一次,遗传物质就减半,含有不同遗传物质数量的细胞就变成不同形态的“分化”细胞。但这个假说却被后来的实验所推翻。

 

1958 年,英国生物学家约翰·戈登(John Gurdon)第一次成功地将完全分化的爪蟾蝌蚪的肠上皮细胞的核移植到卵细胞里,发育出活的胚胎,人类实现了长久以来“复制生命”的梦想。从此,克隆动物的大门被人类打开。

 

虽然不同的动物被成功克隆出来,但总体来说,克隆仍然是成功率极低的实验。

 

在多莉羊的实验中,科学家做了277 次实验才得以成功。核移植的实验虽然原理简单,但操作起来非常烦琐复杂。另外,每种动物的卵细胞也具有不同的特性。例如,猪的卵细胞里含有大量脂肪,这使得在显微镜下整个卵细胞看上去是黑乎乎的一片,难以操作;而鸟类的卵细胞中巨大的卵黄使得科学家无法分离出细胞核。


“多莉”的标本

图片来源:http://www.xieshudeng.com/a/20171124/34626.html


即使克隆动物实验成功,也不意味着这个新生命的旅程就一定一帆风顺。多莉羊在出生6年后得了严重的肺病,这种病对于羊来说是不治之症,不得已,研究人员对它实施了安乐死。

 

据悉绵羊通常能活12年左右,而多莉只活了6年,它的早夭也引起人们对克隆动物是否会早衰的担忧。

 

另外,核移植技术依赖于供体卵细胞,这也在很大程度上限制了其应用。想要克隆恐龙,只有其血液中的遗传信息可是不够的。

 

自从1928 年英国生物学家弗雷德里克·格里菲斯(Frederick Griffith)证明了DNA是生物的遗传物质以后,遗传学的研究开始从孟德尔时代的宏观实验逐渐发展为分子级别的微观实验。DNA序列决定生物的表型成为遗传学的理论基础。



然而生物学家慢慢发现,有时DNA序列相同却可能出现不同的表型。科学研究发现,DNA 序列并不是孤立起作用的,而是和它周围的其他物质一起形成一个精密的结构,这被称为“染色质”。染色质里除了有DNA,还有各种蛋白质及RNA 等。

 

更让人惊讶的是,无论是DNA、RNA,还是蛋白质,它们上面都有一些额外的基团,如甲基、乙酰基等,这些基团被称为“修饰”,但它们的作用远远不只是“装饰”。实际上,修饰可随着细胞状态的改变而改变,并且有时还能影响细胞的状态。更进一步的研究显示,很多修饰还可以在细胞分裂的过程中“遗传”到子代细胞,这些发现逐渐形成了一门新的学科——表观遗传学。

 

表观遗传(Epigenetics)就是不依赖于DNA 序列的遗传,它包括多个各自独立又相互关联的方面,例如,DNA 甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA 的调控。例如,同卵双胞胎尽管有相同的DNA 序列,但他们总会存在这样或那样的不同。正是由于表观遗传现象的存在,世界才变得更加多元化、更加精彩。

 

而让发育生物学家困惑的“分化”过程,原来本质上也是一个表观遗传因素发生作用的过程。在干细胞向不同方向分化时,相应的转录因子被激活,然后结合特定的DNA 序列并改变相应的染色质状态,从而改变基因表达的状态。这个过程还可以改变其他转录因子的表达,形成级联效应,最终驱动细胞向相应的方向改变,这个过程也被生物学家形象地称为“细胞的命运决定”。



虽然克隆人已经出现在各种文学和影视作品中,但现实中并没有人类被克隆。从技术上说,克隆人类及其他灵长类动物的难度相比其他动物要大得多。相比技术上的问题,伦理上的问题则更为突出。

 

每一个人都有其自我及社会唯一性,如果人类能够被克隆则可能改变这一切。而且,从表观遗传学角度来看,人类永远不能“拷贝”自己,也就是说,克隆一个跟供体完全一样的自己是不可能完成的任务。


所以,如果恐龙会说话,它一定会说:我的霸气可是不容复制的


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本文作者:王承志,中国科学院生物物理研究所助理研究员。内容源于《超越双螺旋:神奇的表观遗传密码》(于文强 主编),部分图片来源于网络,仅用于学术传播,如有侵权请及时联系删除。


《超越双螺旋:神奇的表观遗传密码》

主  编:于文强

责任编辑:王亚萍

策划编辑:叶水送

北京:科学出版社,2019.03

ISBN:978-7-03-059282-8


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