趙言昌

這幾年，“為學(xué)生減負(fù)”的呼聲很高，與“雙減”有關(guān)的政策和舉措也是層出不窮。不過，中考、高考都是選拔性考試，有這兩座大山橫在眼前，學(xué)?？偛豢赡茏兂捎螛穲?。

在閱讀科學(xué)新聞的時候，或許你也想過：能不能克隆一個我，代替我去上學(xué)呢？讓我們翻翻生物課本，從中尋找一些線索。

神奇的胚胎發(fā)育

在聊克隆之前，咱們先來看一個案例：2017 年，中國某地發(fā)生了一起傷人事件，現(xiàn)場的血跡屬于一位女士，法醫(yī)卻不敢相信自己的檢測結(jié)果——從性別基因的角度說，那份血跡應(yīng)該屬于一位男士。

后續(xù)研究顯示，這是一例先天性嵌合體。我們的遺傳物質(zhì)來自受精卵，如果子宮里存在兩個受精卵，而后它們互相融合，便會形成嵌合體。拿上面的例子來說，當(dāng)事人含有男、女兩套遺傳物質(zhì)，血液的遺傳信息屬于男性，頭發(fā)的遺傳信息則屬于女性。

先天性嵌合體十分罕見，胚胎發(fā)育一旦出現(xiàn)異常，多以流產(chǎn)、畸形告終。正常情況下，從受精卵到嬰兒要經(jīng)過這樣的流程：受精卵一邊分裂，一邊往子宮移動，一變二、二變四，緊緊黏成一團(tuán);等細(xì)胞數(shù)目達(dá)到100 個左右，會形成一種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，外面是一層殼，中間空空的，內(nèi)側(cè)散落著一些細(xì)胞，像是往書包里放了幾枚雞蛋，我們稱之為囊胚或是胚泡;囊胚的外殼會與子宮相接，慢慢演化成胎盤，其內(nèi)側(cè)那團(tuán)看似雜亂的細(xì)胞則擁有發(fā)育成胎兒的潛力。

胚胎發(fā)育還有一個特別的地方，它是單向的。從月季上剪下一段枝條，插入泥土之中，它便會生根、發(fā)芽，成為一株新的月季;從我們手上撕下一塊皮膚，放到培養(yǎng)皿中，它不可能重新變回胚胎，更不可能發(fā)育成另一個人。

為了解釋這一現(xiàn)象，德國科學(xué)家奧古斯特·魏斯曼于1883 年提出了種質(zhì)論：受精卵里的遺傳物質(zhì)最全，之后每一次分裂，新生的細(xì)胞都會丟失一部分遺傳物質(zhì)。因?yàn)檫z傳信息逐級減少，所以人類的發(fā)育是一個不可逆的過程。

頭發(fā)創(chuàng)造的奇跡

我們可以將受精卵記為β，將其第一次分裂產(chǎn)生的兩個子代記為a 與b。按照魏斯曼的說法，β 含有發(fā)育成一個個體的全部遺傳信息，而a、b 在這次分裂過程中，丟失了一部分遺傳物質(zhì)，如果將它們分開，只能得到兩個殘缺的胚胎。

魏斯曼提出種質(zhì)論之后，確實(shí)有一些科學(xué)家按照這種思路進(jìn)行驗(yàn)證，比如用電流殺死青蛙的部分胚胎細(xì)胞，看看剩下的能不能發(fā)育成健康的個體。然而，有的實(shí)驗(yàn)顯示能，有的實(shí)驗(yàn)顯示不能。

1902 年，德國科學(xué)家漢斯·斯佩曼想到，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不一致也許跟實(shí)驗(yàn)手段有關(guān)，強(qiáng)電流對于胚胎來說過分劇烈了，如果換用更溫和的手段，或許能在無傷的情況下分開它們。說來也巧，幾年前他剛剛成為父親，一直保留著女兒嬰兒時期的一縷頭發(fā)。于是，他找來蠑螈的受精卵，等到其一變?yōu)槎?，就將嬰兒頭發(fā)當(dāng)作套索，輕輕切入兩個細(xì)胞之間。結(jié)果，每一個細(xì)胞都發(fā)育成了新的蠑螈。

斯佩曼的實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)不會隨著發(fā)育而變化。換句話說，每一個體細(xì)胞（生殖細(xì)胞特殊一些）的遺傳物質(zhì)都與受精卵相同。由此，他提出了核移植的構(gòu)想：將一個細(xì)胞的細(xì)胞核移入另一個被去除細(xì)胞核的細(xì)胞，新組成的細(xì)胞應(yīng)該也能發(fā)育。

核移植的構(gòu)想提出于1938 年，當(dāng)時全世界都不知道它有什么用。但科學(xué)家們?nèi)匀粚Υ顺錆M好奇，開始了各種各樣的實(shí)驗(yàn)。比如，1952 年，美國科學(xué)家羅伯特·布里格斯和托馬斯·金從蛙卵的囊胚中提取細(xì)胞核，注入未受精的、已經(jīng)被去除細(xì)胞核的卵細(xì)胞內(nèi)，成功實(shí)現(xiàn)了核移植。

不該被遺忘的先驅(qū)

尤其值得一提的是，1964 年，童第周先生開展了體細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)：將青蛙紅細(xì)胞的細(xì)胞核注入去核的卵細(xì)胞內(nèi)，新組成的細(xì)胞竟然開始分裂了！

紅細(xì)胞屬于體細(xì)胞，與囊胚細(xì)胞有所不同。正常情況下，囊胚細(xì)胞一邊分裂，一邊分化，直至發(fā)育成健康的胎兒;而體細(xì)胞，或者不分裂（比如紅細(xì)胞，成熟以后便不斷工作直至死亡），或者只分裂成特定的細(xì)胞（比如皮膚的基底層細(xì)胞，只會形成新的皮膚細(xì)胞）。也就是說，體細(xì)胞固然具有個體全部的遺傳信息，卻會根據(jù)自己所處的情況，只表達(dá)其中的一部分。

了解這些，就能明白童第周先生的偉大了——他的實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)胞質(zhì)影響遺傳信息的表達(dá);而卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)可以解除枷鎖，使體細(xì)胞核內(nèi)的遺傳信息重新活躍起來。我們今天說的“克隆”，就是指體細(xì)胞核移植，將體細(xì)胞的細(xì)胞核轉(zhuǎn)入去核的卵細(xì)胞內(nèi)。

因?yàn)榉N種原因，童第周先生的研究沒有在國際上產(chǎn)生重大影響。好在國外的學(xué)者之后也得出了相同的結(jié)論。于是，下一個問題來了，體細(xì)胞核與卵細(xì)胞質(zhì)組成的新細(xì)胞，究竟能不能發(fā)育成一個健康的個體？

20 世紀(jì)后半葉，科學(xué)家們做了大量的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果有好有壞，具體一點(diǎn)說，以低級動物為對象的實(shí)驗(yàn)有不少成功的，以哺乳動物為對象的實(shí)驗(yàn)，則因種種技術(shù)原因進(jìn)展緩慢。不過，生命科學(xué)的每一個進(jìn)步，都意味著大量的實(shí)驗(yàn);反過來說，只要解決了難點(diǎn)，看起來不可思議的事也能變得順理成章。1996 年，克隆羊多利在英國羅斯林研究所誕生，震驚了全世界。

多利羊之后的征程

多利羊的誕生打開了一扇新的大門，一方面，這意味著人類擁有了“復(fù)制”高級動物的能力，可以挽救瀕危物種、大量培育有經(jīng)濟(jì)價值的動物;另一方面，激勵著科學(xué)家更進(jìn)一步——能不能用體細(xì)胞移植的辦法，在實(shí)驗(yàn)室里培育出人類的囊胚？

如果能的話，移植器官短缺就不是問題了。然而，因?yàn)閭惱碇疇?、技術(shù)難點(diǎn)，這條路走起來坎坷無比——直到2013 年，美國科學(xué)家舒赫拉特·米塔利波夫才宣布，運(yùn)用克隆技術(shù)培育出了人類的囊胚。至于如何誘導(dǎo)內(nèi)細(xì)胞團(tuán)分化成適合移植的器官，則至今沒有明確答案。

但是，慢著，讓我們回過頭來想一想：我們的目的是激活體細(xì)胞的遺傳信息，核移植、胚胎培養(yǎng)說到底只是手段。到底是什么鎖住了體細(xì)胞的遺傳信息表達(dá)？

是基因。人類擁有2 萬多個基因，它們合成了約6 萬種蛋白質(zhì)。有些蛋白質(zhì)與外界交互，使細(xì)胞表現(xiàn)出特定的功能;有些蛋白質(zhì)則影響其他的基因，調(diào)控遺傳信息的表達(dá)。比如，Oct4 基因編碼Oct4 蛋白質(zhì)、Sox2 基因編碼Sox2 蛋白質(zhì)，兩種蛋白組隊(duì)之后，可以結(jié)合到特定的DNA 位置，進(jìn)而影響遺傳信息的釋放。

改變基因，細(xì)胞的形態(tài)可能也隨之改變。2006 年，日本學(xué)者山中伸彌通過基因技術(shù)改變小鼠體細(xì)胞的基因，逆轉(zhuǎn)它們原本的分化路線，從而得到了一種類似胚胎干細(xì)胞的細(xì)胞，即誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞。

借助基因技術(shù)，加之繞過了倫理難題，這一領(lǐng)域進(jìn)展神速。2007 年，人類誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞問世;2014 年，日本學(xué)者用這項(xiàng)技術(shù)培育視網(wǎng)膜細(xì)胞，而后移植到患者體內(nèi)，結(jié)果顯示，患者的視力有所提高。

這個領(lǐng)域?qū)頃兂墒裁礃幼?？誰也說不準(zhǔn)?？茖W(xué)難題的解決，動輒以百年計，也許下一位突破者，此時正坐在中學(xué)教室里。

行至文末，不如做兩道測試題，看看你對克隆技術(shù)的理解吧！