克隆羊多莉的誕生,給全世界帶來(lái)了巨大的震動(dòng),多莉也成了20世紀末全世界最著(zhù)名的“明星”。1997年世界十大
科技新聞評選中,各國
科學(xué)家不約而同地推薦了克隆羊多莉的誕生。既然羊可以克隆,那么從理論上講,人也一定可以克隆,這難道不使人震驚嗎?
那么,什么叫克隆呢?一句話(huà),克隆就是
無(wú)性繁殖。
一般情況下,動(dòng)物的繁殖方式是精子和卵子相結合,生成
受精卵,再發(fā)育成后代,這種繁殖方式叫“
有性繁殖”。有性繁殖產(chǎn)生的后代,其
遺傳物質(zhì)一半來(lái)自父方,另一半來(lái)自母方。而無(wú)性繁殖則不然,它是不需要通過(guò)性細胞結合的,只用體細胞就可以繁殖后代,其后代的遺傳物質(zhì)全部來(lái)自父方(或母方),即單方。
無(wú)性繁殖多發(fā)生在植物種類(lèi)里。如馬鈴薯切成幾塊后,把它們埋入土壤,每一塊都可以發(fā)育成一棵幼苗。又如甘薯,將它的匍匐莖切成幾段,插入土壤后,每一段也都可以發(fā)育成一棵幼苗。而在動(dòng)物中,可以說(shuō)絕大多數種類(lèi)都是進(jìn)行有性繁殖的。
然而,蚜蟲(chóng)的生殖方式與眾不同,它既可以進(jìn)行
有性繁殖,也可以進(jìn)行無(wú)性繁殖。
蚜蟲(chóng),是同翅目中蚜總科昆蟲(chóng)的統稱(chēng),全世界已知的有4000多種,我國有600種以上,大多數是農作物的害蟲(chóng)。
平時(shí),蚜蟲(chóng)聚集在果樹(shù)、蔬菜、
花卉等植物的嫩葉和嫩莖上,用刺吸式口器刺入植物的幼嫩組織吸食汁液。奇妙的是,蚜蟲(chóng)的腹部末端背面兩側生有一對小突起,它們并不是蚜蟲(chóng)的生殖器官,而是一種能分泌甜汁的腹管,能排出一種香甜的“蜜露”。這是怎么回事呢?原來(lái)蚜蟲(chóng)吸取植物的汁液后,本身所需要的只是蛋白質(zhì)等一部分養分,而那些不需要的糖分便通過(guò)腹管排出體外。
蚜蟲(chóng),在我國北方又叫膩蟲(chóng)。它個(gè)體很小,但數量極多,常密密麻麻地布滿(mǎn)菜葉的背面,很令人膩味,故稱(chēng)“膩蟲(chóng)”。每年11月,雄蚜和雌蚜交配后,雌蚜就在寄生的植株上(如車(chē)前草、蒲公英等野草)產(chǎn)下
受精卵。這些卵要度過(guò)一個(gè)寒冷的冬季,到第二年春天才孵化出幼蚜。
在
自然界中,在沒(méi)有雄蚜的情況下,雌蚜們個(gè)個(gè)都能克隆自己,而且克隆的速度和數量十分驚人。我國昆蟲(chóng)學(xué)家朱弘復教授計算的結果是:在北京,一只雌棉蚜自6月中旬到11月中旬的150天中,假定它克隆的后代全部都能存活,并能正常繁殖的話(huà),這期間,要經(jīng)過(guò)10代克隆,共繁殖出子子孫孫6.7×1020只。如果一只棉蚜的大小約1平方毫米,那么一只棉蚜在一年內克隆出的后代就可以鋪滿(mǎn)整個(gè)中國達60層之厚。倘若讓蚜蟲(chóng)頭尾相接,可以從地球到太陽(yáng)排350萬(wàn)個(gè)來(lái)回。你看這個(gè)數目驚人不驚人!實(shí)際上,由于蚜蟲(chóng)受自然環(huán)境和天敵的制約,才沒(méi)有達到上述的數量。但不管怎樣,蚜蟲(chóng)在動(dòng)物界里,繁殖力是最強的。之所以有那么強的繁殖力,就是因為蚜蟲(chóng)能自己克隆自己。
這回你可知道為什么多莉的誕生,會(huì )給全世界帶來(lái)巨大的震動(dòng)了吧!因為
克隆羊多莉的誕生,就意味著(zhù)科學(xué)家可以利用動(dòng)物身上的任何一個(gè)體細胞(多莉用的是乳腺細胞),用無(wú)性繁殖方式即克隆技術(shù)產(chǎn)生出一只只動(dòng)物來(lái)。更形象的比喻就是科學(xué)家可以像復印文件一樣,大量復制出完全相同的生命體。這可是一項劃時(shí)代的科學(xué)技術(shù)。
果不其然,整整過(guò)了10年以后,科學(xué)界又傳來(lái)了一項爆炸性的新聞:美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校及日本京都大學(xué)的科學(xué)家,于2007年11月20日分別宣布:他們采用克隆多莉羊的技術(shù),都成功地將人體皮膚細胞克隆成“胚胎干細胞”。這一科技成果被科學(xué)界喻為“了不起的科學(xué)里程碑”。因為這種“胚胎干細胞”既可以發(fā)育成人體任何器官或組織,也可以發(fā)育成一個(gè)完整的個(gè)體。換句話(huà)說(shuō),就是可以用你的皮膚細胞克隆出千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)跟你一模一樣的你來(lái)。所以它被全世界科學(xué)家評為2007年十大
科技新聞之首。
有的科學(xué)家認為,蚜蟲(chóng)用“無(wú)性繁殖”方式生育后代是一個(gè)假象,它在其姥姥的姥姥的姥姥的時(shí)代(即頭一年冬天最后出生的一批雌蚜和雄蚜交配時(shí))就
已經(jīng)受精了,精子一代一代潛伏在女兒的
卵細胞里,所以它們繁殖后代,都不需要雄性,僅有一個(gè)孤孤單單的雌性就能行。在生物學(xué)上,把這種只需孤單一個(gè)雌性就能繁殖后代的生殖方式,稱(chēng)為“
孤雌生殖”。這些生物學(xué)家認為,蚜蟲(chóng)的“孤雌生殖”并不是真正的“無(wú)性繁殖”,因為他們在一種蚊子身上發(fā)現了這種潛伏精子的現象。
自然界有一種癭蚊,在它的幼蟲(chóng)體內就有3個(gè)卵,而且每個(gè)卵在幼蟲(chóng)體內就可以孵出幼蟲(chóng)來(lái)。要是這樣的話(huà),蚜蟲(chóng)的“孤雌生殖”就不算是克隆了。
可是絕大多數科學(xué)家在解剖每一代“孤雌生殖”產(chǎn)下的蚜蟲(chóng)時(shí),從未發(fā)現過(guò)有任何“潛伏精子”的蹤影或類(lèi)似物質(zhì)。這些后代所具有的
遺傳基因,全部是來(lái)自母體的。這種典型的單性生殖,無(wú)疑就是“
無(wú)性繁殖”的一種,是不折不扣的克隆。
蚜蟲(chóng)的這種自己克隆自己的生殖方式,一直是生物界最大的謎之一。
直到1924年,美國耶魯大學(xué)的歐尼爾發(fā)現,蚜蟲(chóng)能自己克隆自己的生殖方式并不是它的什么絕招,而是蚜蟲(chóng)的一種病。這算是歪打正著(zhù),染上了這種病后,使蚜蟲(chóng)獲得了得天獨厚的繁殖方式。這樣一來(lái),即使只有一只雌蚜蟲(chóng)被帶到新的地區,也能進(jìn)行繁殖?;蛴錾鲜裁创鬄碾y,造成大量蚜蟲(chóng)死亡時(shí),只要還有一只雌蚜蟲(chóng)存活,就可以通過(guò)克隆方式繁衍子孫后代,使種群長(cháng)盛不衰。
當時(shí)歐尼爾是在一個(gè)蚊子的生殖組織里,發(fā)現這個(gè)秘密的。那時(shí)他在研究一種蚊子的不育現象,發(fā)現不育的原因是這種蚊子的生殖器官感染了一種病菌,叫“沃爾巴克氏體”。研究人員發(fā)現,只要感染上沃爾巴克氏體的雄蚊與未感染的雌蚊交配,
受精卵就孵化不出下一代,出現不育現象。但如果雌蚊和雄蚊都感染上了沃爾巴克氏體這種病菌,它們就能繁育后代。
1971年后,加利福尼亞大學(xué)的生物學(xué)家巴爾等人,證明了感染沃爾巴克氏體病菌的雌蚜不需要和雄蚜交配,可以用“孤雌生殖”的辦法來(lái)
繁殖后代。換句話(huà)說(shuō)就是,雌性蚜蟲(chóng)只要感染上沃爾巴克氏體病菌,就會(huì )得上一種病,病狀就是可以自己克隆自己,產(chǎn)生無(wú)數的后代。
1996年,在一次國際科學(xué)研討年會(huì )的有關(guān)沃爾巴克氏體專(zhuān)題討論會(huì )上,羅切斯特大學(xué)的魏侖教授和巴拿馬的溫特梭教授等指出:在
昆蟲(chóng)中被沃爾巴克氏體感染的現象較為廣泛。他們發(fā)現蚊子、
蚜蟲(chóng)、寄生蜂及某些甲蟲(chóng)都有被感染的證據。它們被感染后,生殖方面都表現異常。有的表現為“孤雌生殖”,雌蟲(chóng)自己
克隆自己;有的表現為“性變”,即雄蟲(chóng)變成了雌蟲(chóng),雌蟲(chóng)變成了雄蟲(chóng);有的表現為“不育”;有的表現為“多胚生殖”。例如有一種寄生在銀紋夜蛾幼蟲(chóng)身上的寄生蜂,它的一個(gè)未
受精卵可以分裂發(fā)育成2000多個(gè)幼蜂,這是最有名的多胚生殖的例子。但是,如果使用抗生素,就能消除上述種種生殖異?,F象,使它們恢復正常的有性生殖。因為抗生素把沃爾巴克氏體殺死了。
2006年年底至2007年年初,科學(xué)家在英國切斯特動(dòng)物園和倫敦動(dòng)物園里發(fā)現各有一條雌性科摩多蜥蜴,在未與雄性交配的情況下,產(chǎn)下的卵孵化出多條小科摩多蜥蜴。這是科學(xué)界首次在這種全球最大的蜥蜴中發(fā)現竟然也能進(jìn)行“孤雌生殖”。這兩條蜥蜴是否也感染了沃爾巴克氏體?目前還是個(gè)謎。
哺乳動(dòng)物會(huì )不會(huì )感染沃爾巴克氏體病菌,也患上“孤雌生殖”的病呢?
科學(xué)家的回答都是 :還未發(fā)現過(guò)??墒?,在我國江蘇省溧陽(yáng)、宜興,安徽省郎溪、廣德等縣,有一種山羊一向進(jìn)行“
孤雌生殖”,是我國科技界、醫學(xué)界和畜牧界的一大謎。
沃爾巴克氏體真有那么大的魔力嗎?沃爾巴克氏體又是通過(guò)什么途徑改變了生物體的生殖方式的呢?這仍是一個(gè)謎。