灭绝物种复活？首个试管犀牛南北杂交胚胎诞生！

　　来源：北京科技报

　　原标题：灭绝物种复活？――首个试管犀牛胚胎诞生。给犀牛人工授精是怎样一种体验？

　　随着最后一头雄性北方白犀牛苏丹离世，该物种走向灭绝。不过科学家已将南北杂交胚胎体外培养成功。这是史上第一个试管犀牛胚胎。

　　北方白犀牛是世界上最濒危的哺乳动物。今年3月，世界上最后一头雄性北方白犀牛“苏丹”离世，让剩下的两头雌性北方白犀牛Fatu和Najin成为这一物种仅存的成员。

　　根据《自然?通讯》7月5日发表的一项研究报告，意大利和德国的科学家用冷冻的北方白犀牛精子和近亲南方白犀牛的卵细胞体外受精合成“南北杂交”胚胎。下一步，他们计划从存活的两头雌性北方白犀牛身上获取卵细胞，创造纯种的北方白犀牛胚胎。

　　这是科学家首次把犀牛胚胎在体外成功培养至囊胚期的例子，大大提高了部分保存北方白犀牛基因的可能性。这也是有史以来第一个试管犀牛胚胎。



　　美国知名科学杂志《Popular Science》（《大众科学》）采访了研究论文主要作者之一，德国柏林莱布尼茨动物园及野生动物研究所的Thomas Hildebrandt，倾听他和同伴为将这种生物挽留在地球所做出的努力……


《Popular Science》2018年夏季刊刊发文章《“苏丹”的儿子》

　　1990年，Thomas Hildebrandt第一次目睹了一头大象的体内结构。那年夏天，这位德国兽医学学生在柏林莱布尼兹学院的实验室干活，思考如何撰写使用人类生育技术保护濒危野生动物的论文，骤然发现工作台上放置着一头大象的巨大尸体。当年27岁的Thomas被大象奇怪的生殖道吓了一跳。生殖道长约3米，由折叠的阴道口盖住，而阴道口就像一粒瓜子一样窄。在那一刻，他学到了：如果要给一头大象人工授精，就需要将整条手臂探入充满海绵体的阴道内。


Hildebrandt（右）在工作中。（来源：nature.com）

　　“我一直都很喜欢解决别人无法解决的问题，”现年54岁的Hildebrandt在他26年的职业生涯中已成为动物繁殖专家和濒危物种授精方面的先驱。他开发的授精程序需要数小时才能完成，并且手不能颤抖。今天，作为莱布尼兹动物园和野生动物研究所的主要生殖专家，他的实践经验比任何人都丰富。他帮助母象怀上了50多头幼象，还在接受手术而打了镇静剂的犀牛的胸腔上蹦跳，为它做心肺复苏。他为帮助这些庞然大物繁殖后代的一系列技术和设备申请了专利。

　　今年，他尝试了一项伟大的壮举：第一次成功的犀牛体外受精。尽管犀牛与大象有亲缘关系，外表也有一些相似，但犀牛的解剖是一个新的、高风险的生物学难题。如果Hildebrandt能够破解这个难题，他就能将北方白犀从灭绝边缘拯救回来。



　　殖民时期，狩猎、偷猎和栖息地丧失使所有种类的犀牛都面临风险。亚洲传统医学中使用犀牛角已有数千年的历史，而最近对犀牛角的需求激增，导致犀牛数量锐减。2007年，由于偷猎，南非的15000头犀牛中有13头死亡；而2014年，犀牛的死亡数量达到了1215头。现在，世界上共有5种犀牛，其中的3种处于极度濒危状态，这一状态标志着它们面临极高的灭绝风险。但北白犀的命运尤其岌岌可危。

　　肯尼亚莱基皮亚地区的Ol Pejeta保护区只有两头雌性北白犀，都无法生育。28岁的Najin患有跟腱疾病，可能会在胎儿的重压下断裂。年轻一些的Fatu由于子宫感染，无法怀孕。世界上最后一头雄性北白犀“苏丹”于今年3月份死去，终年45岁。


▲雌性北白犀Fatu。（来源：nature.com）

　　但是，这头受人喜爱的公牛仍然可以留下后代。“苏丹”与其他4头雄性犀牛的精子都已被冰冻保存。Hildebrandt希望获得Fatu和Najin的卵子。他将与国际合作伙伴在意大利给卵子授精，并将胚胎送回Ol Pejeta保护区，由其他犀牛继续妊娠。

　　南白犀的种群数量较为稳定，约有2万头。Hildebrandt相信它们与濒危的北部表亲严格来说是同一个物种，但是隔离已久。许多专家认为如此长久的隔离难以让少数雌性南白犀充当代孕母亲。

　　Hildebrandt在机缘巧合下发现，可以用试管拯救濒危野生动物。上世纪80年代末，他在学习畜牧兽医学时，结识了未来的妻子。当时，她在东柏林的Charité医院担任分娩助理，正逢东柏林地区出生了第一名人类试管婴儿。试管婴儿技术激励Hildebrandt重新定位自己的研究重点，并就如何利用该技术复兴濒危物种撰写了一篇论文。“当时，没有人知道如何利用人工授精技术帮助濒危动物繁殖，就连大象专家也不知道，”Hildebrandt回忆说。

　　人类试管婴儿技术已有几十年的成功历史，方法是在将人类卵子植入母体或代孕者子宫之前先在实验室中受精，但这一方法不能直接应用于其他动物。自从1978年推出以来，仅美国就有大约100万名婴儿在该技术的帮助下出生。但是，不出所料，有多少物种，就几乎有多少繁殖方法。举例来说，熊猫每年只有几天能够受孕；鞭尾蜥蜴在没有雄性干预的情况下制造胚胎；果蝇具有巨大的精子（果蝇体长只有3毫米，而精子的长度可达5厘米）。


▲卵母细胞浆内单精子注射。（来源：《自然?通讯》）

　　甚至在近亲之间（例如不同种类的犀牛之间）也有差异，所以Hildebrandt必须为每一位新的犀牛“患者”开发或改进独特的工具和程序。提取卵子是这项工作中最需要细心的部分。尽管Hildebrandt已因通过黑犀牛的直肠到达卵巢提取卵子获得了专利，但收集白犀牛的卵子需要再将工具扭转一个角度。定制的探针仍然穿过直肠，但它的长度必须达到1.8米，以便兽医将其穿过主血管。如果血管被刺破，会导致雌性犀牛出血。这样的风险要求团队极其小心，毕竟世界上只剩下两头北白犀了。


Hildebrandt（中央）正在从北白犀体内取卵，操作不慎可能导致动物死亡（来源：PopSci）

　　“在利用新技术拯救濒危物种时，我们并没有反复试验的奢侈，”Hildebrandt表示，“精确至关重要。”因此，他一直使用南白犀作为人工繁殖的实验对象。他和他所在的9人研究小组花费了两年时间来完善手术操作。他们已经成功地从欧洲动物园的14头雌性南白犀体内采集了卵子，结果也没有一头犀牛产生健康问题。

　　即使Hildebrandt成功创造了多头小牛，它们也可能无法构建一个能够有效繁殖的群体。两头活体雌性犀牛和来自五头雄性犀牛的精子不会为基因库提供足够的多样性（特别因为Najin是“苏丹”的女儿，Fatu是它的孙女，情况更加严峻）。不同的基因会阻止不良突变的迅速蔓延并避免种群的削弱。研究人员的最大希望来自圣地亚哥动物园的潜在合作者。这座动物园拥有12名成年北白犀的冷冻细胞。加利福尼亚州斯克利普斯研究所的干细胞生物学家Jeanne Loring正在努力将细胞变成精子和卵子，但尚未成功。


▲一管冷冻的北白犀的人工诱导干细胞。（来源：nature.com）

　　Ol Pejeta保护区首席执行官Richard Vigne承认，上述所有因素以及外加条件会使得拯救北白犀分外困难。未来的几代犀牛能否安全返回它们在中非的老家并不是当务之急。“我们致力于让更多的北白犀生活在地球上，”他说。他相信研究团队通过向世界展示北白犀的困境，可以为所有种类的犀牛提供支持，甚至可以为其他濒危动物带来帮助。

　　Hildebrandt相信自己能够培育出一头小犀牛。他也毫不怀疑，科学家必须付出巨大的努力，才能让这一梦想成真。“我们必须拯救这个美丽的物种，野蛮的人类行为正在逐渐将它们逼向灭绝，”他说。但他也警告说，如果没有资金，努力就会功亏一篑。

　　目前，拯救北白犀的各家研究机构正在各自筹措资金，研究成本相当可观。建立北白犀的野生种群可能需要600多万美元，而Hildebrandt所在部门每年分配给该项目的费用不到2.5万美元。

　　但是Hildebrandt强力捍卫可能产生的开支。他说：“我想到人们为了保护文化宝藏而不惜斥巨资，达芬奇的画作就是其中一例。同样金钱其实可以用来挽救很多物种。物种的灭绝，意味着我们在有机会阅读“进化之书”之前，就将其丢弃。”