早在现代生物学发展的初始阶段,一些有远见的科学家就曾经预言:21世纪将是生物技术的世纪。在1997年3月以前,大多数人们都还没有真正意识到这个预言的深刻含意,直到距21世纪还有一千多天的时候,突然有人牵出一头名叫“多利”的小羊,当它被新闻媒介广泛地报道后,人们才首次真正地关注起当今的生物技术。大家纷纷议论生物技术将把人类生活带入怎样一个新世纪?创造这只小羊的“克隆”技术是不是已经说明“生物世纪”提前到来了?甚至有人已在考虑是否可用自己的细胞克隆成一个胚胎,在其成形前冰冻起来,如果将来某一天自身的某个器官出了问题,就可以从胚胎中取出这个器官的原形进行培养,然后替换自己病变的器官。
“克隆”一词,简单地说,就是无性繁殖的英文“clone”的音译。“clone”起源于希腊文“klone”,原意是指用植物的幼苗和嫩枝进行无性繁殖。比如:把一根雏菊的枝条切成几段,种下后就可以长成几株雏菊;把仙人掌切成块,每块都能落地生根;一株草莓依靠匍匐茎,一年内就能生出数百株草莓苗;带有几个芽的马铃薯被切成块种下后,能长出几株马铃薯苗……这种“无性繁殖”方式不仅在植物界中存在,而且在微生物和低等动物中也存在着。比如:细菌经过20分钟就一分为二,酵母菌的出芽生殖,涡虫横裂或纵裂成两个子个体的分裂繁殖,水螅在优越环境中的出芽生殖,等等。
我们知道,在自然界中,许多动物都是依靠“父亲”产生的雄性生殖细胞(即精子)与“母亲”产生的雌性生殖细胞(即卵子)融合(即受精)成受精卵(即合子),再由受精卵经过一系列细胞分裂和分化长成胚胎,最终成为新个体,即有性繁殖。生物学家也曾一度认为,无性繁殖在高等动物中是不会发生的,即由一个动物的成熟细胞“无性繁殖”成一个子体是不可能的。但是,哺乳动物克隆羊“多利”的成功,标志着人类在生物学研究领域已经打破了上述的不可能性,或许在未来的某一天我们能让我国明代作家吴承恩在《西游记》中描述的孙悟空的绝招成为现实:孙悟空真的可以拔一把猴毛就变出(克隆)一大群小猴子与妖魔斗法。
克隆羊的故乡和它的“助产士”
在距英国苏格兰首府爱丁堡市10公里远的郊区有个罗斯林村,这是一个风景优美的世外桃源。罗斯林研究所就建在这个村,它是英国最大的家畜家禽研究所,也是世界著名的生物学研究中心,这里便是克隆羊“多利”的诞生地。
1996年3月,这个研究所里的两名英国人伊恩·维尔穆特博士和基恩·坎贝尔领导的科研小组通过生物体克隆技术打破了生物界的自然规律,操纵了“多利”的胚胎发生、发育和诞生的整个过程,成功地进行了高等哺乳动物的无性繁殖。白白胖胖,一身卷毛,健康活泼的小家伙“多利”是它的“助产士”之一——维尔穆特用他所喜爱的乡村歌手多利·帕顿的名字命名的。
伊恩·维尔穆特博士是爱丁堡罗斯林研究所的胚胎专家。有人曾经这样评价他:“他给人的印象是做事谨慎,工作勤奋,为人诚实,并且很有创见性。”这些优秀的品质使得他在同行们早已放弃的研究方向上持续探索。由他率领的12人科学家小组虽然经过近300次的失败,最后完成了克隆——这个令世人惊叹的科研项目,这也是对他在实验室辛苦研究23年,每天至少工作9小时的最好回报。
“多利”的艰难诞生
“多利”羊的诞生不是一帆风顺的,它的诞生克服了许多生物技术上的难题。现在将“多利”诞生过程简单叙述如下:
①科学家们首先从一头6岁的叫芬·多塞特的母羊的乳腺中取出一个乳腺细胞(在实验中叫供体细胞),在实验室的控制下生长、分裂成300个乳腺细胞,然后再将这些细胞放在低血清营养液下培养。由于细胞缺少营养,就会进入静止状态,但同时,每个乳腺细胞的所有基因都有可能被激活。
②给另外一只“苏格兰黑面羊”注射促性腺素,促使它排卵。得到卵子后,立即用极细的吸管刺破卵细胞膜,从其中取出细胞核,这样就制备出具有活性,但没有遗传物质的卵细胞的空壳。
③用化学和物理学的方法,对母羊芬·多塞特的乳腺细胞(即供体细胞)进行细胞核分离,分离出来的细胞核带有少量细胞质,被称为核体或小细胞。
④用温合电击法使分离出来的乳腺小细胞与卵细胞壳融为一体,就如同两个小水泡融成一个大水泡一样(300多个细胞中有247个融合成功),然后用电脉冲刺激“大水泡”,使这些“组装”的细胞在试管里经历受精卵那样的分裂,从而发育形成具有32个细胞的胚胎(247个“组装”成功的细胞中只有29个发育到囊胚期)。
⑤当胚胎发育到一定的程度,科学家便将它巧妙的移植入第三只母羊的子宫内,使其怀孕。
这第三只母羊扮演的是“代理母亲”的身份(实际上29个胚胎分别转移到13只待孕的黑面母羊的子宫内,每只“代理母亲”移入2~3个胚胎)。
⑥1996年7月,13只“代理母亲”中只有一只黑面羊经过148天的怀孕过程,终于生下了一只小绵羊,它就是“多利”。
到1997年2月,在“多利”出生6个多月后,科学家们才把这个隐藏了许久的秘密透露出来。
首先是2月27日的《自然》首先刊登了这条重大消息。转眼间,《时代周刊》、《新闻周刊》等都从不同的角度为人们报导“多利”的消息。
克隆羊的诞生在世界上立即引起了震惊,它打破了千古不变的通过两性交配繁殖后代的模式——它是体细胞核通过移植“繁殖”成个体的。这个结果证明,动物细胞与植物细胞一样具有全能性,因此,“多利”一出世就受到全世界传媒的关注。
克隆技术造福人类
随着“多利”克隆羊的诞生和传媒对“克隆”技术的宣传,人们开始从多方面来分析和展望克隆技术可能会给人类带来的财富。例如英国PPL公司已培育出羊奶中含有治疗肺气肿的a-1抗胰蛋白酶的母羊。这种羊奶的售价是6千美元1升,1只母羊就好比一座制药厂。用什么办法能最有效、最方便地使这种羊扩大繁殖呢?最好的办法就是“克隆”。同样,荷兰PHP公司培育出能分泌人乳铁蛋白的牛,以色列LAS公司培育成能生产血清白蛋白的羊,这些高附加值的牲畜如何有效地繁殖呢?答案当然还是“克隆”。
克隆动物对于研究癌生物学、免疫学、人的寿命等都有不可低估的作用。
当然克隆技术只是21世纪“生物学革命”的一小部分,科学家们预计至2005年人类的全部DNA序列都将被解析完毕,那时生物技术创造的财富将难以估量。