书城科普读物科学我知道——Why生命科学
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第17章 你了解第一只克隆羊吗?

“克隆”是什么意思呢?

“克隆”的英文意思是“无性繁殖”。简而言之就是“复制”、“拷贝”生物。它不是靠父母繁殖后代的,而是由科学家通过基因移植技术培育生物后代。克隆本来是一门很冷僻的生物技术,可是在1997年2月,第一只克隆羊多利的诞生,使得“克隆”成了上至国家元首,下至平民百姓普遍关注的热点。

1997年2月,英国苏格兰的爱丁堡新生了一只小绵羊,这只小绵羊成为所有的新闻媒体关注的焦点,报纸、杂志、周刊、电视、电台,甚至电脑网络……都大力宣传报道这只小绵羊,将它的消息放在头版头条。很快,这只芬兰多塞特小绵羊成了蜚声国际的“大明星”。

这头名叫“多利”的小绵羊究竟有什么特别之处呢?尽管它看上去和一只普通的小绵羊没什么两样,但它可不是一只简单的小绵羊。多利是一只凝聚了无数科学家心血的“克隆”羊,这就是为什么新闻媒体竞相报道的原因了。

大家都知道,哺乳类动物以及人类体内存在着两类细胞:一类是生殖细胞,另一类是体细胞。在雌性哺乳动物的卵巢内存在着卵原细胞,这种细胞与体细胞并没有什么区别,它具有双倍的遗传物质,生物学家称其为“双倍体细胞”。卵原细胞经过几次分裂以后,最终变成了只含体细胞一半的染色体的成熟卵细胞,即生殖细胞。仅仅有这种卵细胞是不可能发育成为一个新生命的,它必须与含有同样只有单倍染色体的精子细胞结合,重新成为双倍体的受精卵,才能继续发育下去,从而形成一个新生命。这个新生命已分别带有母体(卵细胞)和父体(精子)各一半的遗传特性。哺乳类动物的这种繁殖方式被称为“有性繁殖”。

制造多利,与“有性繁殖”既有相似之处,也有明显的不同。

按照发育生物学的观点,成年体细胞是一种“定向”了的,一定程度上分化了的细胞。即这种细胞的性质已经定型,是哪种类型的细胞或组织就是哪种类型的细胞或组织,正如乳腺细胞只能发育成乳腺组织一样,不可能再像胚胎细胞那样获得“全能性”。然而,多利的克隆成功却说明。即使是体细胞,在一定条件下仍然可以繁殖出个体。

“多利”的成功克隆经历了哪几个步骤?

多利的产生未经过精子细胞与卵细胞结合的受精过程,属于无性繁殖,因此称它为“克隆羊”是名副其实的。

威尔穆特博士是如何进行这项试验并一步步走向成功的呢?下面的几大步骤便是他们迈向成功的步骤:

(1)科学家们先从第一头6岁的芬兰多塞特母绵羊的乳腺中取出一个乳腺细胞,用作无性繁殖,因此,科学家认定这头母羊就是以后诞生的多利的“母体”(注意,不是“母亲”)。

(2)虽然一个乳腺细胞内含有组成一头绵羊所需的所有基因,但是在各种基因中,只有乳腺细胞所必需的蛋白质基因具有活性,这就是以往众多科学家认为人类不能从一个普通细胞创造出一个高等生物的原因。

(3)乳腺细胞在实验室控制的环境下生长着、分裂着、复制着自己。但是,如果这些细胞缺少营养,它们便会进入静止状态,而就在此刻,乳腺细胞内的所有基因有可能被激活。

“多利”的遗传物质来自哪只羊?

(4)科学家再利用药物促使第二头苏格兰母绵羊排卵,将这只未受精的卵细胞从母羊体内取出。

(5)这只卵细胞,被放到实验室内一个极细的试管底部存活。

(6)科学家小心翼翼地用另外一种极细的吸管将卵细胞膜刺破,从中吸出含有染色体的细胞核,这样就制成了一个具有活性但没有遗传物质的卵细胞空壳。

(7)乳腺细胞与卵细胞在电流刺激作用下融为一体,组成一个含有新的遗传物质的卵细胞,然后卵细胞内的分子按照乳腺细胞内的基因开始在试管中分裂、繁殖,逐渐形成羊羔胚胎。

(8)羊羔胚胎的细胞簇开始在试管内生长发育。

(9)当胚胎生长到一定程度,科学家将其植入第三头母绵羊的子宫内,使它怀孕,这第三头母绵羊在整个试验中扮演的是“代理母亲”的角色。

谁是“多利”的母亲呢?

(10)由此诞生的羊羔便是由第一只芬兰多塞特母绵羊无性繁殖成功的多利。我们已经知道,在多利的诞生过程中,有三只母绵羊作出了贡献。那么,这三只母绵羊是不是都是多利的“母亲”呢?答案是否定的,它们都不是多利的母亲。

从分子生物学的角度讲,作为母亲,它充分而必要的条件是提供给后代一只完整的卵细胞,后代就是在这只卵细胞基础上,再与作为父亲所提供的精子细胞相结合,变成一只受精卵,然后经过细胞分裂才逐渐发育成长起来的。没有一个母绵羊给多利提供过一个完整的卵细胞。第一只芬兰多塞特母绵羊提供的是一个体细胞——乳腺细胞,很明显它不是一个卵细胞,当然不能算作多利的“母亲”,而只能算作多利的“母体”,因为多利身上的遗传基因与它是完全相同的。

第二只苏格兰黑色母绵羊虽然提供了一个卵细胞,但是这只卵细胞却被科学家用极细的试管吸出了含有染色体的细胞核,因此,它只能算是一个卵细胞的空壳,这第二只母绵羊自然也不能算作多利的“母亲”。

“多利”的生育成功,对克隆技术有着怎样的意义?

第三只母绵羊便只是提供了一个孕育胚胎的场所——子宫,它将多利在自己的体内怀了148天时间,如果要算“母亲”的话,它充其量只能算作“代理母亲”。

“多利”的生育成功,对克隆技术的商业化具有非常重要的意义。因为当利用复杂的核移植技术培育出少量转基因动物以后,不必再利用克隆方法,完全可以通过像“多利”那样由正常怀孕、分娩来获得更多性状改良的下一代。

一条更令人兴奋的消息,从罗斯林研究所传出,他们正式向外界宣布:“多利”于1998年4月13日当地时间凌晨,自然分娩顺利产下了一只母羊羔,这只取名“邦尼”的小母羊体重2.7千克,邦尼的父亲是一只普通的威尔士公山羊。

目前克隆技术、基因工程研究正突飞猛进向前发展,基因概念及其理论的建立,打开了人类了解生命并控制生命的窗口。基因研究已成为当前科学研究中最有决定性的领域之一,成为推动生物、食品和制药产业发展的引擎。众所周知,20世纪遗传学的发展举世瞩目,由于遗传学的发展,科学的社会功能以及社会对科学的制约更受关注,从试管婴儿到克隆技术再到人类基因图谱的绘制无不牵动着世人的心。21世纪是生物技术革命的世纪,克隆技术的应用将促进遗传学、细胞发育生物学、产科学等学科的研究进展,有利于整个世界的科学进步和生活质量的提高,对人类的生活将会产生深远的影响。