克隆羊多莉的誕生,給全世界帶來了巨大的震動,多莉也成了20世紀(jì)末全世界最著名的“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,克隆就是
無性繁殖。
一般情況下,動物的繁殖方式是精子和卵子相結(jié)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)一半來自父方,另一半來自母方。而無性繁殖則不然,它是不需要通過性細(xì)胞結(jié)合的,只用體細(xì)胞就可以繁殖后代,其后代的遺傳物質(zhì)全部來自父方(或母方),即單方。
無性繁殖多發(fā)生在植物種類里。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。而在動物中,可以說絕大多數(shù)種類都是進行有性繁殖的。
然而,蚜蟲的生殖方式與眾不同,它既可以進行
有性繁殖,也可以進行無性繁殖。
蚜蟲,是同翅目中蚜總科昆蟲的統(tǒng)稱,全世界已知的有4000多種,我國有600種以上,大多數(shù)是農(nóng)作物的害蟲。
平時,蚜蟲聚集在果樹、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,蚜蟲的腹部末端背面兩側(cè)生有一對小突起,它們并不是蚜蟲的生殖器官,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?原來蚜蟲吸取植物的汁液后,本身所需要的只是蛋白質(zhì)等一部分養(yǎng)分,而那些不需要的糖分便通過腹管排出體外。
蚜蟲,在我國北方又叫膩蟲。它個體很小,但數(shù)量極多,常密密麻麻地布滿菜葉的背面,很令人膩味,故稱“膩蟲”。每年11月,雄蚜和雌蚜交配后,雌蚜就在寄生的植株上(如車前草、蒲公英等野草)產(chǎn)下
受精卵。這些卵要度過一個寒冷的冬季,到第二年春天才孵化出幼蚜。
在
自然界中,在沒有雄蚜的情況下,雌蚜們個個都能克隆自己,而且克隆的速度和數(shù)量十分驚人。我國昆蟲學(xué)家朱弘復(fù)教授計算的結(jié)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,這期間,要經(jīng)過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(nèi)克隆出的后代就可以鋪滿整個中國達(dá)60層之厚。倘若讓蚜蟲頭尾相接,可以從地球到太陽排350萬個來回。你看這個數(shù)目驚人不驚人!實際上,由于蚜蟲受自然環(huán)境和天敵的制約,才沒有達(dá)到上述的數(shù)量。但不管怎樣,蚜蟲在動物界里,繁殖力是最強的。之所以有那么強的繁殖力,就是因為蚜蟲能自己克隆自己。
這回你可知道為什么多莉的誕生,會給全世界帶來巨大的震動了吧!因為
克隆羊多莉的誕生,就意味著科學(xué)家可以利用動物身上的任何一個體細(xì)胞(多莉用的是乳腺細(xì)胞),用無性繁殖方式即克隆技術(shù)產(chǎn)生出一只只動物來。更形象的比喻就是科學(xué)家可以像復(fù)印文件一樣,大量復(fù)制出完全相同的生命體。這可是一項劃時代的科學(xué)技術(shù)。
果不其然,整整過了10年以后,科學(xué)界又傳來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(xì)胞克隆成“胚胎干細(xì)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(xì)胞”既可以發(fā)育成人體任何器官或組織,也可以發(fā)育成一個完整的個體。換句話說,就是可以用你的皮膚細(xì)胞克隆出千千萬萬個跟你一模一樣的你來。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(rèn)為,蚜蟲用“無性繁殖”方式生育后代是一個假象,它在其姥姥的姥姥的姥姥的時代(即頭一年冬天最后出生的一批雌蚜和雄蚜交配時)就
已經(jīng)受精了,精子一代一代潛伏在女兒的
卵細(xì)胞里,所以它們繁殖后代,都不需要雄性,僅有一個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雌性就能繁殖后代的生殖方式,稱為“
孤雌生殖”。這些生物學(xué)家認(rèn)為,蚜蟲的“孤雌生殖”并不是真正的“無性繁殖”,因為他們在一種蚊子身上發(fā)現(xiàn)了這種潛伏精子的現(xiàn)象。
自然界有一種癭蚊,在它的幼蟲體內(nèi)就有3個卵,而且每個卵在幼蟲體內(nèi)就可以孵出幼蟲來。要是這樣的話,蚜蟲的“孤雌生殖”就不算是克隆了。
可是絕大多數(shù)科學(xué)家在解剖每一代“孤雌生殖”產(chǎn)下的蚜蟲時,從未發(fā)現(xiàn)過有任何“潛伏精子”的蹤影或類似物質(zhì)。這些后代所具有的
遺傳基因,全部是來自母體的。這種典型的單性生殖,無疑就是“
無性繁殖”的一種,是不折不扣的克隆。
蚜蟲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(xiàn),蚜蟲能自己克隆自己的生殖方式并不是它的什么絕招,而是蚜蟲的一種病。這算是歪打正著,染上了這種病后,使蚜蟲獲得了得天獨厚的繁殖方式。這樣一來,即使只有一只雌蚜蟲被帶到新的地區(qū),也能進行繁殖?;蛴錾鲜裁创鬄?zāi)難,造成大量蚜蟲死亡時,只要還有一只雌蚜蟲存活,就可以通過克隆方式繁衍子孫后代,使種群長盛不衰。
當(dāng)時歐尼爾是在一個蚊子的生殖組織里,發(fā)現(xiàn)這個秘密的。那時他在研究一種蚊子的不育現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)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(xiàn),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(xiàn)不育現(xiàn)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
繁殖后代。換句話說就是,雌性蚜蟲只要感染上沃爾巴克氏體病菌,就會得上一種病,病狀就是可以自己克隆自己,產(chǎn)生無數(shù)的后代。
1996年,在一次國際科學(xué)研討年會的有關(guān)沃爾巴克氏體專題討論會上,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
昆蟲中被沃爾巴克氏體感染的現(xiàn)象較為廣泛。他們發(fā)現(xiàn)蚊子、
蚜蟲、寄生蜂及某些甲蟲都有被感染的證據(jù)。它們被感染后,生殖方面都表現(xiàn)異常。有的表現(xiàn)為“孤雌生殖”,雌蟲自己
克隆自己;有的表現(xiàn)為“性變”,即雄蟲變成了雌蟲,雌蟲變成了雄蟲;有的表現(xiàn)為“不育”;有的表現(xiàn)為“多胚生殖”。例如有一種寄生在銀紋夜蛾幼蟲身上的寄生蜂,它的一個未
受精卵可以分裂發(fā)育成2000多個幼蜂,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(xiàn)象,使它們恢復(fù)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)家在英國切斯特動物園和倫敦動物園里發(fā)現(xiàn)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(xiàn)竟然也能進行“孤雌生殖”。這兩條蜥蜴是否也感染了沃爾巴克氏體?目前還是個謎。
哺乳動物會不會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(xiàn)過??墒?,在我國江蘇省溧陽、宜興,安徽省郎溪、廣德等縣,有一種山羊一向進行“
孤雌生殖”,是我國科技界、醫(yī)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什么途徑改變了生物體的生殖方式的呢?這仍是一個謎。