同性老鼠已經生出了幼崽,人類離同性生殖還遠嗎?你能接受嗎?

2020-10-10 歆琳科普

同性生殖?主要是指兩個雄性或者是兩個雌性基因結合產生後代的生殖方式,在自然界中這種方式是受到限制的。沒有一個生物能夠進行這種奇葩的繁殖方式。

但在人類科學技術的推動下,兩個同性小鼠就誕生了自己的後代。這項研究是中科院進行的,研究論文發表在了《細胞幹細胞》(Cell stem cell)上。

地球上的生物沒有一個能夠真正做到永生的,那為了生命世世代代的繁榮,自然界就允許生物進行繁殖,以傳遞自己的基因。

在自然界中生物進化出來的繁殖方式有兩種:有性生殖和無性生殖。

有性生殖的方式大家都非常熟悉,因為我們的繁殖方式就是屬於這一種,通過雌性和雄性生殖細胞的融合,所產生的後代具有兩個親本各自一半的基因。

這種生殖方式必須有雌雄的共同參與,缺一不可。

無性生殖的方式,很明顯就不需要雌雄生殖細胞的結合過程,這種繁殖方式更多的發生在植物的身上和微生物的身上,例如孢子生殖、分裂生殖。

在動物身上我們也看到這種現象,普遍存在無脊椎動物、爬行動物、兩棲動物身上,部分脊柱動物身上,這些動物雌性的卵細胞在特定的環境下不用授精,就能發育成一個完整且健康的個體。

因此在動物身上的這種無性生殖往往也被稱為孤雌生殖。例如:母雞沒有受精的卵有時也能孵化出小雞,這是我們生活中最近的例子。

聽了孤雌生殖當然你也會想到孤雄生殖,也就是雄性的繁殖細胞發育成了一個完整的個體,雖然這聽起來不可思議,在自然界極其罕見,但也有這種現象,目前我們只在斑馬魚這種生物的雄性身上發現了此現象。

你有沒有發現,能夠進行無性生殖的生物都是一些低等生物,而像哺乳動物這樣的高等生物只有通過有性生殖才能繁殖。

是的!哺乳動物包括我們人類在內想要生寶寶就必須兩性繁殖細胞結合,因為這種生殖方式具有無性生殖所不具備的強大優勢,這也解釋了為什麼高等生物都必須進行有性生殖。

你看,在有性生殖的時候,來自兩個親本的基因會被打亂,然後隨機重組,每一次重組出來的基因結構都不一樣,這就是為什麼「龍生九子,各不相同」。

這樣的生殖方式不僅增加了基因突變的機率,加快了物種的進化,而多樣性的基因組合也讓後代有了更多的適應環境的能力和機會,換句話說,多生幾個總有一個能出人頭地。

而無性生殖就不具備以上所有的優勢,只採用無性生殖的生物,已經被認為走向了進化的盡頭,因為無性生殖出來的後代跟單個親本具有完全一樣的基因,像是複製出來的一樣。

由於缺乏基因的多樣性,這樣的生物就沒有抵抗災難和疾病的能力。但無性生殖也有自己的優勢,在沒有雄性的情況下進行生殖更加省事、節省能量,繁殖速度也快,就是簡單的複製自己。

因此這種生殖方式依舊被一些低等生物採用,它們在環境適宜的情況下,在找不到雄性的情況下,就可以通過無性生殖繁殖後代,在環境惡劣的情況下,它們又會進行有性生殖。

這就是所謂的順風浪、逆風猥瑣發育。

為什麼哺乳動物就不能進行無性生殖呢?為什麼自己的生殖細胞就不能獨自發育成一個完整的個體呢?

這其實跟我們染色體中的特定DNA片段上的「基因印記」有關,你看,我們身體上包含的所有信息、以及製造各種蛋白質的能力都來自父母雙方。

但是單個親本給我們的基因在表達某些蛋白質的時候就受到了「基因印記」的限制,也就是說不能製造某些發育必須的蛋白質;

上圖:取甲基化可以消除基因印記。

這些不能製造的蛋白質就需要另外一個親本的基因來製造,它們兩個互補就誕生出了我們身體內所需的完整蛋白質信息。

所以哺乳動物並不能進行孤雌生殖,也不能依靠兩組雌性或者兩組雄性的基因產生出一個新的個體。必須是雌雄結合互補才行。

因此科學家一直在試圖打破這種限制,讓哺乳動物也可以進行無性繁殖,如孤雌生殖或者是孤雄生殖,克隆技術就是突破這一限制的成功技術,多利羊就是一個典型的代表。

所採用的方式就是在生物體上獲取體細胞(表皮或者血液細胞),然後將這些體細胞經過基因編輯轉化為誘導多功能幹細胞,這種幹細胞就可以發育成一個生物體身上的任何細胞,甚至是生殖細胞。

然後將這種幹細胞的細胞核移植到一個卵母細胞中,經過體外培養可以讓它發育成胚胎,最後再將胚胎移植到另外一個雌性個體的子宮,讓其開始發育成為完整的個體。

所克隆出來的個體,跟提供幹細胞的個體擁有一樣的基因,就像是複製體一樣,這就是無性生殖的一種方式。

目前我們還可以利用這種方式在其他的動物身上複製人體所需要的器官,方法是將可以發育成人體各種細胞的誘導多功能幹細胞移植到經過基因編輯的動物胚胎內,讓這些幹細胞發育成我們所需要的器官,這項技術目前還在研究中。

但是中國科學家所作的實驗雖然跟上文中一直提到的無性生殖(孤雌、孤雄生殖)很相似,但有本質的區別,他們研究的是同性生殖,簡單說就是將兩個雄性或者是兩個雄性的基因融合在一起,讓它們產生後代。

這樣的後代是兩套基因的雜合體,具有有性生殖的優勢,後代有兩個父親或者是兩個母親,比克隆更加複雜。

具體的方法是從限制哺乳動物無性繁殖的「基因印記」上著手,通過獲取雌性小鼠的體細胞,將它們通過基因編輯手段轉化為誘導多功能幹細胞,並將其在體外培養成單倍體胚胎幹細胞。

通過去甲基化刪除單倍體胚胎幹細胞基因中的三個印記區段,並將其注入到卵母細胞中,最終就誕生出了一個健康、功能完整的、有兩個母親沒有父親的小鼠。

並且這個小鼠長到成年,還跟其他小鼠進行了有性繁殖。一切正常。

通過以上的方法,也首次實現了哺乳動物的孤雄性生殖,當然孤雄生殖所用的就不是卵細胞了,而是由多功能幹細胞培養出來的精子。

然後通過去甲基化科學家將其中的7個印記區段進行了刪除,形成了無印記雄性生殖細胞,並將其與另外一個雄性生殖細胞一起注射進去核卵母細胞中。

同樣獲得了一個有兩個父親的小鼠,但是這個小鼠有很多的健康問題,不到48小時就夭折。

這說明孤雄生殖要比孤雌生殖難得多,也許是因為刪除的「基因印記」不夠多,也許是還有一些我們未知的原因。未來還有待研究。

那麼這項技術在小鼠的身上獲得了初步成功,那人類呢?以後我們不再僅僅依靠克隆技術來克隆自己,克隆出來的個體跟自己有一樣的基因,不利於進化。

而同性生殖跟異性生殖一樣,後代來自兩個成熟的個體,是兩個個體的基因組合,也就是男性和男性可以生寶寶,女性和女性也可以生寶寶。

我認為這項技術未來一定可以成熟到能誕生出首個同性後代,這就要看我們敢不敢這麼做,就像克隆技術一樣,我們並不敢把它用在人類身上。

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