滅絕物種複活?首個試管犀牛南北雜交胚胎誕生!
2018年07月07日09:26

  來源:北京科技報

  原標題:滅絕物種複活?――首個試管犀牛胚胎誕生。給犀牛人工授精是怎樣一種體驗?

  隨著最後一頭雄性北方白犀牛蘇丹離世,該物種走向滅絕。不過科學家已將南北雜交胚胎體外培養成功。這是史上第一個試管犀牛胚胎。

  北方白犀牛是世界上最瀕危的哺乳動物。今年3月,世界上最後一頭雄性北方白犀牛“蘇丹”離世,讓剩下的兩頭雌性北方白犀牛Fatu和Najin成為這一物種僅存的成員。

  根據《自然・通訊》7月5日發表的一項研究報告,意大利和德國的科學家用冷凍的北方白犀牛精子和近親南方白犀牛的卵細胞體外受精合成“南北雜交”胚胎。下一步,他們計劃從存活的兩頭雌性北方白犀牛身上獲取卵細胞,創造純種的北方白犀牛胚胎。

  這是科學家首次把犀牛胚胎在體外成功培養至囊胚期的例子,大大提高了部分保存北方白犀牛基因的可能性。這也是有史以來第一個試管犀牛胚胎。

  美國知名科學雜誌《Popular Science》(《大眾科學》)採訪了研究論文主要作者之一,德國柏林萊布尼茨動物園及野生動物研究所的Thomas Hildebrandt,傾聽他和同伴為將這種生物挽留在地球所做出的努力……

《Popular Science》2018年夏季刊刊發文章《“蘇丹”的兒子》
《Popular Science》2018年夏季刊刊發文章《“蘇丹”的兒子》

  1990年,Thomas Hildebrandt第一次目睹了一頭大象的體內結構。那年夏天,這位德國獸醫學學生在柏林萊布尼茲學院的實驗室幹活,思考如何撰寫使用人類生育技術保護瀕危野生動物的論文,驟然發現工作台上放置著一頭大象的巨大屍體。當年27歲的Thomas被大象奇怪的生殖道嚇了一跳。生殖道長約3米,由摺疊的陰道口蓋住,而陰道口就像一粒瓜子一樣窄。在那一刻,他學到了:如果要給一頭大像人工授精,就需要將整條手臂探入充滿海綿體的陰道內。

Hildebrandt(右)在工作中。(來源:nature.com)
Hildebrandt(右)在工作中。(來源:nature.com)

  “我一直都很喜歡解決別人無法解決的問題,”現年54歲的Hildebrandt在他26年的職業生涯中已成為動物繁殖專家和瀕危物種授精方面的先驅。他開發的授精程式需要數小時才能完成,並且手不能顫抖。今天,作為萊布尼茲動物園和野生動物研究所的主要生殖專家,他的實踐經驗比任何人都豐富。他幫助母象懷上了50多頭幼象,還在接受手術而打了鎮靜劑的犀牛的胸腔上蹦跳,為它做心肺複蘇。他為幫助這些龐然大物繁殖後代的一系列技術和設備申請了專利。

  今年,他嚐試了一項偉大的壯舉:第一次成功的犀牛體外受精。儘管犀牛與大像有親緣關係,外表也有一些相似,但犀牛的解剖是一個新的、高風險的生物學難題。如果Hildebrandt能夠破解這個難題,他就能將北方白犀從滅絕邊緣拯救回來。

  殖民時期,狩獵、偷獵和棲息地喪失使所有種類的犀牛都面臨風險。亞洲傳統醫學中使用犀牛角已有數千年的歷史,而最近對犀牛角的需求激增,導致犀牛數量銳減。2007年,由於偷獵,南非的15000頭犀牛中有13頭死亡;而2014年,犀牛的死亡數量達到了1215頭。現在,世界上共有5種犀牛,其中的3種處於極度瀕危狀態,這一狀態標誌著它們面臨極高的滅絕風險。但北白犀的命運尤其岌岌可危。

  肯尼亞萊基皮亞地區的Ol Pejeta保護區只有兩頭雌性北白犀,都無法生育。28歲的Najin患有跟腱疾病,可能會在胎兒的重壓下斷裂。年輕一些的Fatu由於子宮感染,無法懷孕。世界上最後一頭雄性北白犀“蘇丹”於今年3月份死去,終年45歲。

▲雌性北白犀Fatu。(來源:nature.com)
▲雌性北白犀Fatu。(來源:nature.com)

  但是,這頭受人喜愛的公牛仍然可以留下後代。“蘇丹”與其他4頭雄性犀牛的精子都已被冰凍保存。Hildebrandt希望獲得Fatu和Najin的卵子。他將與國際合作夥伴在意大利給卵子授精,並將胚胎送回Ol Pejeta保護區,由其他犀牛繼續妊娠。

  南白犀的種群數量較為穩定,約有2萬頭。Hildebrandt相信它們與瀕危的北部表親嚴格來說是同一個物種,但是隔離已久。許多專家認為如此長久的隔離難以讓少數雌性南白犀充當代孕母親。

  Hildebrandt在機緣巧合下發現,可以用試管拯救瀕危野生動物。上世紀80年代末,他在學習畜牧獸醫學時,結識了未來的妻子。當時,她在東柏林的Charité醫院擔任分娩助理,正逢東柏林地區出生了第一名人類試管嬰兒。試管嬰兒技術激勵Hildebrandt重新定位自己的研究重點,並就如何利用該技術複興瀕危物種撰寫了一篇論文。“當時,沒有人知道如何利用人工授精技術幫助瀕危動物繁殖,就連大象專家也不知道,”Hildebrandt回憶說。

  人類試管嬰兒技術已有幾十年的成功歷史,方法是在將人類卵子植入母體或代孕者子宮之前先在實驗室中受精,但這一方法不能直接應用於其他動物。自從1978年推出以來,僅美國就有大約100萬名嬰兒在該技術的幫助下出生。但是,不出所料,有多少物種,就幾乎有多少繁殖方法。舉例來說,熊貓每年只有幾天能夠受孕;鞭尾蜥蜴在沒有雄性干預的情況下製造胚胎;果蠅具有巨大的精子(果蠅體長只有3毫米,而精子的長度可達5釐米)。

▲卵母細胞漿內單精子注射。(來源:《自然・通訊》)
▲卵母細胞漿內單精子注射。(來源:《自然・通訊》)

  甚至在近親之間(例如不同種類的犀牛之間)也有差異,所以Hildebrandt必須為每一位新的犀牛“患者”開發或改進獨特的工具和程式。提取卵子是這項工作中最需要細心的部分。儘管Hildebrandt已因通過黑犀牛的直腸到達卵巢提取卵子獲得了專利,但收集白犀牛的卵子需要再將工具扭轉一個角度。定製的探針仍然穿過直腸,但它的長度必須達到1.8米,以便獸醫將其穿過主血管。如果血管被刺破,會導致雌性犀牛出血。這樣的風險要求團隊極其小心,畢竟世界上只剩下兩頭北白犀了。

Hildebrandt(中央)正在從北白犀體內取卵,操作不慎可能導致動物死亡(來源:PopSci)
Hildebrandt(中央)正在從北白犀體內取卵,操作不慎可能導致動物死亡(來源:PopSci)

  “在利用新技術拯救瀕危物種時,我們並沒有反複試驗的奢侈,”Hildebrandt表示,“精確至關重要。”因此,他一直使用南白犀作為人工繁殖的實驗對象。他和他所在的9人研究小組花費了兩年時間來完善手術操作。他們已經成功地從歐洲動物園的14頭雌性南白犀體內採集了卵子,結果也沒有一頭犀牛產生健康問題。

  即使Hildebrandt成功創造了多頭小牛,它們也可能無法構建一個能夠有效繁殖的群體。兩頭活體雌性犀牛和來自五頭雄性犀牛的精子不會為基因庫提供足夠的多樣性(特別因為Najin是“蘇丹”的女兒,Fatu是它的孫女,情況更加嚴峻)。不同的基因會阻止不良突變的迅速蔓延並避免種群的削弱。研究人員的最大希望來自聖地亞哥動物園的潛在合作者。這座動物園擁有12名成年北白犀的冷凍細胞。加利福尼亞州斯克利普斯研究所的幹細胞生物學家Jeanne Loring正在努力將細胞變成精子和卵子,但尚未成功。

▲一管冷凍的北白犀的人工誘導幹細胞。(來源:nature.com)
▲一管冷凍的北白犀的人工誘導幹細胞。(來源:nature.com)

  Ol Pejeta保護區首席執行官Richard Vigne承認,上述所有因素以及外加條件會使得拯救北白犀分外困難。未來的幾代犀牛能否安全返回它們在中非的老家並不是當務之急。“我們致力於讓更多的北白犀生活在地球上,”他說。他相信研究團隊通過向世界展示北白犀的困境,可以為所有種類的犀牛提供支援,甚至可以為其他瀕危動物帶來幫助。

  Hildebrandt相信自己能夠培育出一頭小犀牛。他也毫不懷疑,科學家必須付出巨大的努力,才能讓這一夢想成真。“我們必須拯救這個美麗的物種,野蠻的人類行為正在逐漸將它們逼向滅絕,”他說。但他也警告說,如果沒有資金,努力就會功虧一簣。

  目前,拯救北白犀的各家研究機構正在各自籌措資金,研究成本相當可觀。建立北白犀的野生種群可能需要600多萬美元,而Hildebrandt所在部門每年分配給該項目的費用不到2.5萬美元。

  但是Hildebrandt強力捍衛可能產生的開支。他說:“我想到人們為了保護文化寶藏而不惜斥巨資,達芬奇的畫作就是其中一例。同樣金錢其實可以用來挽救很多物種。物種的滅絕,意味著我們在有機會閱讀“進化之書”之前,就將其丟棄。”

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