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Nov. 27 2013

逆轉滅絕:物種大復興

  • 逆轉滅絕:物種大復興

    逆轉滅絕:物種大復興

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讓已經消失的物種起死回生,已經不再是天馬行空的幻想了。然而,這是明智之舉嗎?

 

撰文:卡爾・齊默 Carl Zimmer

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攝影:拉布・肯德瑞克 Robb Kendrick

 

2003年7月30日,一個由西班牙和法國科學家組成的團隊逆轉了時光。他們讓一種已經滅絕的動物重生,即便只能眼睜睜地看著牠再次滅絕。

在他們手中重生的是一種稱為「布卡多」的野山羊,也就是庇里牛斯野山羊(學名Capra pyrenaica pyrenaica)。這種動物體型龐大、外型挺拔,最重可達99公斤,頭上還有長而微彎的角。牠曾於法國和西班牙交界的庇里牛斯山高海拔地區生存過數千年,在那裡攀爬峭壁、啃食植物的莖葉,忍受當地嚴寒的冬天。

後來槍枝出現了。接下來的幾個世紀,庇里牛斯野山羊的數量因為獵人獵捕而逐漸下降。1989年,西班牙科學家進行調查後判定庇里牛斯野山羊的數量只剩下十幾隻。十年後,只剩最後一隻庇里牛斯野山羊:一隻小名西莉雅的母羊。由野生動物獸醫阿貝托.費南德茲—阿里亞斯帶領的「歐德薩暨佩迪多山國家公園」團隊用陷阱捕捉到西莉雅,在牠的脖子裝上無線電項圈,再把牠放回野外。九個月後的某一天,無線電項圈發出了長而持續的嗶聲:那是代表西莉雅已死的信號。團隊成員在一棵倒塌的樹下找到被壓死的西莉雅。隨著西莉雅的死,庇里牛斯野山羊正式宣告滅絕。

但是,西莉雅的細胞還繼續存活著,保存在薩拉戈薩和馬德里的實驗室中。接下來的幾年間,由荷西.佛爾克帶領的生殖生理學家團隊把那些細胞的細胞核注入事先去除原有DNA的山羊卵子中,然後把這些卵子植入代理孕母的子宮。經過57次的移植後,只有七隻母羊成功懷孕。而且這七隻母羊裡有六隻流產。但是有一隻代理孕母,是西班牙羱羊和山羊交配產下的混種羊,成功將西莉雅的複製體懷至足月。佛爾克和同事一起為母羊做剖腹手術,接生出那隻重兩公斤的複製羊。費南德茲—阿里亞斯把新生的複製羊抱在懷中時,看得出來小羊吸氣十分困難,舌頭以一種很不正常的方式伸出嘴巴外。儘管大家想盡辦法幫助牠呼吸,西莉雅的分身還是在短短十分鐘後死了。後來的驗屍結果顯示,小羊的其中一個肺多長了一個巨大的肺葉,如肝臟般密實。沒有任何方法能救活牠。

度度鳥與大海雀、袋狼及中國江豚、旅鴿和帝啄木鳥……庇里牛斯野山羊只是人類導致滅絕的許多動物之一,有時候人類甚至是蓄意的。現在仍有許多物種瀕危,所以未來還會有更多同伴加入庇里牛斯野山羊的滅絕物種行列。費南德茲—阿里亞斯是一群人數雖少,卻懷抱極度熱忱的科學家之一;他們相信複製將有助於扭轉物種滅絕的趨勢。

自從小說家麥可.克萊頓用他的筆為世人帶來《侏羅紀公園》的恐龍之後,讓已經消逝的物種復活的概念(有人稱之為「滅絕物種重生」),就在現實與科幻小說的界線之間徘徊了二十多年。在這段時間裡,滅絕物種重生科學的進展遠遠落後於幻想。西莉雅的複製是截至目前為止,最接近真正讓滅絕物種重生的嘗試。親眼見證過那隻複製羊稍縱即逝的生命後,目前擔任西班牙阿拉貢自治區政府漁獵暨溼地部部長的費南德茲—阿里亞斯便一直等待著科學迎頭趕上幻想的那一刻,到那個時候,人類也許就有能力讓某種因為他們而滅絕的動物起死回生。

「那個時刻就是現在,」他告訴我。

去年秋天,我在美國華盛頓特區國家地理學會總部舉辦的一場非公開科學會議見到了費南德茲—阿里亞斯。那是史上頭一次有一群遺傳學家、野生生物學家、保育學家和倫理學家齊聚一堂,討論滅絕物種重生的可能性。這件事到底可不可行?該不該做?他們一一起身提出在操控幹細胞、取得古代DNA、重新建構消失的基因組等方面的顯著進展。隨著會議的進行,與會科學家也愈來愈振奮。一種共識逐漸成形:滅絕物種重生已經是觸手可及的事了。

「相關研究的進展與速度都超乎任何人所能想像,」紐約美國自然史博物館的哺乳動物策展人羅斯.麥克菲表示。「我們真正需要思考的,是我們到底為什麼要做這件事,為什麼要讓已滅絕的物種復活?」

在《侏羅紀公園》中,人類為了娛樂價值而讓恐龍復生。接下來發生的災難性後果為滅絕物種重生的概念蒙上了一層陰影,至少在大眾的想像中是如此。不過人們往往會忘記,《侏羅紀公園》是純粹的幻想故事。在現實中,我們有可能復興的物種只限於在過去幾萬年間滅絕且留下殘骸的物種,而且殘骸必須含有完整細胞,或至少含有足夠重建牠們基因組的古代DNA。由於自然衰變率之故,我們已經不可能取得大約在6500萬年前滅絕的暴龍的完整基因組。理論上有可能復興的物種,都是在人類迅速稱霸世界的這段期間消失的。尤其是最近數百年,我們因為獵捕牠們、破壞牠們的棲地或散播疾病,而成了讓這些物種滅絕的元凶。這也指向了另一個要讓牠們復生的原因。

「如果我們所談的是人類導致滅絕的物種,那麼我認為我們有責任嘗試這麼做,」多年來極力擁護滅絕物種重生計畫的澳洲新南威爾斯大學古生物學者麥可.阿徹爾表示。有些人反對讓滅絕物種復活,認為這等於在扮演上帝。阿徹爾對這種想法嗤之以鼻。「我覺得我們消滅這些動物的時候,才是在扮演上帝。」

其他贊同滅絕物種重生的科學家主張,這麼做有具體的好處。生物多樣性是大自然絕妙發明的寶庫。舉例來說,大多數配製而成的藥物都不是無中生有的創造,而是源於野生植物物種中的天然化合物,但這些物種也同樣受到滅絕威脅。有些已滅絕的動物,從前也在各自的生態系裡發揮重要功能,這些生態系可能會因為牠們重新出現而獲益。例如西伯利亞在1萬2000年前曾是長毛象和其他大型食草哺乳動物的家園。在那個時期,西伯利亞的景觀並不是覆滿苔蘚的凍原,而是綠油油的大草原。俄羅斯籍生態學者,同時擔任薩哈共和國車斯基「東北科學站」主任的塞爾吉.吉莫夫長期以來都主張此一現象並非偶然:長毛象和許多食草動物藉著翻土和用自身的糞便來肥沃土地,讓草原得到維護。一旦這些動物消失,苔蘚就取而代之,將草原變成了較無生產力的凍原。

近年來,吉莫夫藉由在西伯利亞境內一個被他稱為「更新世公園」的區域(詳見29頁地圖)引進馬、麝牛和其他大型哺乳動物,嘗試讓凍原上的時光倒流。他非常樂意讓長毛象在那裡自在漫遊。「不過,只有我的孫子才看得到牠們了,」吉莫夫說,「老鼠繁殖得很快。長毛象繁殖得很慢。有得等了。」

從今天的角度來看,十年前費南德茲—阿里亞斯嘗試讓庇里牛斯野山羊復活的時候,能使用的工具簡陋得可憐。當時距離第一隻複製哺乳動物「桃莉羊」問世,也只過了七年的時間。早期科學家複製動物的方法,是取出一個欲複製動物的細胞,再將細胞的DNA注射到一個本身遺傳物質被清除的卵子內。只要進行一次電擊,就能讓卵子開始分裂,之後科學家會將發育中的胚胎植入代理孕母體內。絕大多數的實驗都以失敗告終,少數出生的動物則往往為健康問題所苦。

過去十年中,科學家提升了複製動物的成功率,讓這種技術從原來的高風險科學轉變成了普通日常的工作。研究人員也發展出誘發成年動物細胞恢復到類胚胎狀態的技術。這些細胞經過處理,能發育成任何類型的細胞——包括卵子或精子。接下來,卵子就能進一步加以操控,發育成完整且持續成長的胚胎。

這些技術上的巧妙手法,讓人要把已經消失的物種像變魔術一樣召回世上,變得容易許多。科學家和探險家想讓長毛象復活,已經討論了幾十年。他們第一個,也是目前唯一的成果,是在西伯利亞凍原裡找到保存狀況良好的長毛象遺骸。現在,具有最新複製技術的首爾「秀岩生物科技研究基金會」研究人員,和來自西伯利亞雅庫次克市「東北聯邦大學」的長毛象專家已展開合作。去年夏天,他們沿雅納河北上,沿著河以巨大的水管噴射高壓水柱,在冰凍的懸崖上挖鑿通道。他們在其中一條通道發現了許多長毛象的組織,包括骨髓、毛髮、皮膚和脂肪。這些組織目前保存在首爾,秀岩的科學家正在進行檢驗。

「我們夢想中的理想狀況,就是能找到一個真的可供使用的細胞,一個活的細胞,」秀岩基金會負責策畫雅納河探勘的黃仁成表示。如果秀岩的研究人員確實找到這樣的細胞,他們就能刺激它製造出數百萬個細胞。這些細胞經過操控,可以發育成胚胎,接下來胚胎就能植入亞洲象代理孕母的體內;亞洲象是長毛象現存親緣關係最近的親戚。大多數科學家都不相信有任何活細胞能在開闊凍原的酷寒環境中存活下來。不過黃仁成和他的同事還有一個備用計畫:找到遠比細胞本身更有可能保存下來的長毛象細胞的完整細胞核。然而,單憑完整細胞核來複製長毛象,困難度會高出許多。秀岩的研究人員將會需要把長毛象細胞核轉移到已經移除原本細胞核的大象卵子內。這必須先取得大象卵子——至今從未有人成功過。如果細胞核內的DNA保存得夠良好,足以控制卵子的活動,它就有可能開始分裂,發育成長毛象胚胎。假使科學家能克服這道障礙,他們還有另一項艱巨的任務,就是將胚胎移植到母象的子宮中。之後,就如吉莫夫所言,他們還需要耐心等待。如果一切順利,他們還得等上快兩年,才能知道大象會不會生下一隻健康的長毛象寶寶。「我常說,如果不嘗試,怎麼會知道不可能?」黃仁成表示。

1813年,約翰.詹姆斯.奧杜邦在沿著俄亥俄河從哈登斯堡前往路易斯維途中,目睹了那個年代最不可思議的自然現象之一:一大群旅鴿(學名Ectopistes mi­gratorius)遮蔽了天空。「整片天空滿是旅鴿,」他後來寫道。「正午時分的光線被遮蔽,好比發生日食,鳥糞點點落下,就像正在消融的雪花;而持續不斷的拍翅聲催眠了我的感官,讓我昏昏欲睡。」

奧杜邦在日落前抵達路易斯維之際,旅鴿群仍持續飛過他上方的天空——而且這個景象又持續了三天。

在1813年,大概很難想到有哪一個物種比旅鴿更不可能滅絕。然而到了19世紀末,胸口有紅色羽毛的旅鴿遭遇了災難性的衰落,牠們賴以維生的森林逐漸縮小,數量也因人類的無情捕殺而減少。1900年,確認是最後一隻的野生旅鴿被一名小男孩用BB槍射殺。14年後,距離奧杜邦對旅鴿的驚人數量發出讚嘆才過了101年,名叫瑪莎的最後一隻圈養旅鴿亦在辛辛那提動物園死亡。

作家暨環保人士史都華.布蘭德兩年前和創辦基因檢測公司DNA Direct的妻子瑞安.菲蘭開始思考,有沒有可能讓這個物種復活。某天晚上,他們和善於操控DNA的哈佛大學生物學家喬治.邱契共進晚餐時,發現他也有同樣的想法。

邱契知道,標準的複製方法行不通,因為鳥類胚胎是在蛋殼內發育的,而且博物館的旅鴿標本(包括現在收藏在史密森博物館的瑪莎)也不太可能保有完整且具有功能性的基因組。儘管如此,邱契還是想出了一個讓這種鳥復活的不同方法。動物標本含有DNA片段。科學家把這些片段拼湊起來,目前已能讀出大約10億個旅鴿基因組中的字母。邱契還無法從零開始,合成出一整套動物的基因組,不過他所發明的技術,讓他能為自己想要的任何序列製造出相當大的DNA片段。理論上,他可以按照旅鴿的生理特徵製造出基因——例如讓牠有條長尾巴的基因——再將這些基因和一般野鴿幹細胞的基因組結合。

包含這段修改過的基因組的野鴿幹細胞,可以被轉化成生殖細胞,亦即卵子和精子的前身。接下來,這些細胞就能注射到野鴿的蛋裡面,然後它們會移動到發育中胚胎的生殖器官內。這些蛋孵出來的乳鴿,外表會和一般的野鴿一樣——不過牠們的精子和卵子會帶有經過修改的DNA。當這些乳鴿成熟並交配以後,牠們產下的蛋會孵出帶有獨特旅鴿特徵的乳鴿。然後,科學家就能進一步讓這些鳥雜交, 挑選繁殖出與滅絕的旅鴿愈來愈相似的鴿子。

邱契的基因組重組法理論上對現在仍有親緣關係密切的物種存在、而且基因組能加以重建的物種都是有效的。科學家所掌握的科技,已經能夠重新建構出創造一隻長毛象所需的大部分基因,這些基因可以注入大象的幹細胞內。

儘管讓長毛象或旅鴿復活已經不再只是幻想,真正實現仍然需要多年時間。然而另一個滅絕物種所需要的時間可能短得多。事實上,這個物種甚至有一絲可能在這篇文章刊出前就重返世間。

這裡提到的動物,是一群以麥可‧阿徹爾為首的澳洲科學家專注研究的對象,他們稱這項研究為「拉撒路計畫」。為了避免高度媒體關注所引來的熱烈期待,阿徹爾和拉撒路計畫的同事對這項工作三緘其口,一直到他們能提出初步結果為止。

時機已經到來。今年1月初,阿徹爾和研究團隊透露,他們正在嘗試讓兩個親緣關係密切的澳洲蛙種復活。這兩個在1980年代中期滅絕的物種,都以一種獨特且異常驚人的方式生殖:雌蛙會產下卵塊,雄蛙讓卵受精以後,雌蛙再將卵塊全部吞下。蛙卵內的一種荷爾蒙會讓雌蛙停止分泌胃酸;雌蛙的胃實際上就成了子宮。幾週後,雌蛙會張開嘴巴,回吐出已經完全成形的蝌蚪。這兩種蛙的俗名:北方胃育蛙(學名Rheobatrachus vitellinus)與南方胃育蛙(學名Rheobatrachus silus)就是來自這種神奇的生殖本領。

不幸的是,研究人員開始研究這些蛙種以後沒有多久,牠們就滅絕了。「上一刻,那些蛙還在,可是科學家回去時,牠們卻已經消失了,」墨爾本大學複製專家暨拉撒路計畫成員安德魯.法蘭奇表示。

為了讓這兩種蛙復活,參與計畫的科學家採用了最先進的複製技術,把胃育蛙的細胞核置入已經去除原本遺傳物質的現存澳洲汀蟾與橫斑蟾的卵裡面。「現在我們已經握有這種已滅絕動物的胚胎,」阿徹爾表示。「實驗已經到了最後階段。」拉撒路計畫的科學家有信心, 他們只需要取得更多高品質的卵,就能繼續向前推進。「到了這個階段,剩下的就只是數量問題了,」法蘭奇表示。

胃育蛙奇特無比的生殖方式,清楚說明了一個物種滅絕,會對世界造成什麼樣的損失。然而,這就代表我們應該要讓牠們復活嗎?這個世界會因為存有一種在胃裡孵化蝌蚪的雌蛙而比現在豐富嗎?法蘭奇主張,這麼做有實質好處,例如這種蛙可能協助科學家進一步研究生殖。然而對許多科學家而言,讓滅絕物種重生不是當務之急,只會分散為了防止物種大規模滅絕所需的迫切努力。

「拯救瀕危的物種與棲地,顯然是迫在眉睫的工作,」紐約石溪大學演化生物學家約翰. 威恩斯表示。「在我看來,讓滅絕物種復活的急迫性並不高。在還有數百萬個物種等待我們去發現、描述並保護的時候,為什麼要花費數百萬美元去讓少數物種死而復生呢?」

支持滅絕物種重生的倡議者則反駁,以物種重生為目的而發展的複製與基因組工程科技, 也有助於保存瀕危物種,尤其是那些不易在圈養環境中繁殖的物種。雖然尖端生物科技剛剛研發出來時費用可能很高昂,但也往往會在很短的時間內變得很便宜。「當年也許有人認為研發小兒麻痹疫苗不是當務之急,鐵肺才是,」喬治.邱契表示。「我們很難事先知道什麼是不重要的,什麼是救贖。」

可是我們如何認定什麼是救贖呢?即使邱契和他的同事能夠將每一個旅鴿才有的特徵都加諸到野鴿身上,結果得到的動物真的是旅鴿嗎?或者只是一個經過改造的怪奇動物?如果阿徹爾和法蘭奇確實創造出一隻胃育蛙(這是假設此時此刻他們還沒成功)這就表示他們已經讓這個物種復活了嗎?若是把一群蛙養在實驗室裡,或是在動物園裡供人觀賞稱奇,這樣就夠了嗎?還是說,物種必須要重新被引入野外,才算真正重生?

「過去將已經在野外滅絕的物種重新野放的例子,充滿了困難,」杜克大學保育生物學家史都華.皮姆表示。舉例來說,曾有人投入大量心力,讓阿拉伯劍羚回歸野外。然而1982年牠們被送回阿曼中部的保護區以後,幾乎被盜獵者捕殺殆盡。

人類獵捕不會是復育物種面臨的唯一威脅。許多物種早已無家可歸。中國江豚會滅絕,是因為長江受到汙染和其他人口造成的壓力。當地現在的情況還是一樣糟糕。世界各地的蛙類正因為一種透過人類散播、稱為壺菌類真菌的病原體而大量死亡。如果澳洲生物學家哪天將胃育蛙野放回牠們原本生存的山澗,牠們還是很可能在短期內再次滅絕。

「少了適當的環境能夠野放重新創造的物種,整件事情就只是白忙一場,而且是不可原諒的浪擲金錢,」澳洲莫道克大學社會永續發展學院院長格倫.阿布瑞克特表示。

即使滅絕物種重生計畫最後在操作上得到完全的成功,問題也不會就此結束。旅鴿可能會在美國東部日漸恢復的森林找到溫暖的家園。但那其實不也等於在當地引入了一種經過基因改造的生物體嗎?旅鴿可不可能成為某種病毒的宿主,導致另一種鳥的滅絕?而芝加哥、紐約或華盛頓特區的居民對於新鴿種飛抵他們的城市,遮蔽他們的天空,街道上滿是牠們如雪暴般落下的鳥糞,又會做何感想?

滅絕物種重生計畫的支持者也在思考這些問題,而且他們大多數都認為,這些問題必須先獲得解決,才能繼續推展任何重大計畫。史丹佛大學頂尖生物倫理學家漢克‧葛律利極為關注、也投入探討滅絕物種重生在倫理和法律層面的涵義。然而,葛律利和其他許多人一樣, 認為科學竟然進步至此,讓這種驚人的突破變成可能,這件事本身就已經是很有說服力的理由,足以讓人擁抱物種重生,而不是排拒它。

「我很著迷,因為這件事實在很酷,」葛律利表示。「劍齒虎嗎?能夠親眼看到一隻的話就太棒了。」

 

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