在科幻作品中,有人通过无限克隆创建优质的克隆大军,有人通过无限克隆每次都创造出一个年轻的自己实现永生。
然而,最近一项长达20年的研究对“无限克隆”的概念泼了一盆冷水,哺乳动物的克隆没法无限持续下去,到了第58代时,所有克隆体出生后短时间内就会死亡。
相关研究来自日本山梨大学的研究团队,他们于3月24日将相关研究成果发表在《自然通讯》杂志上。
△ 来自《自然通讯》
该团队在2005年1月的时候,选取了一只棕色皮毛的雌性小鼠,并对其进行了克隆,当第一代克隆鼠成熟后,他们又提取了克隆鼠的细胞,再次进行克隆,如此反复。
而他们采用的克隆技术和克隆羊“多莉”是一样的,也是通过体细胞核移植的技术!
△ 多莉,第一个利用成年体细胞实现无性繁殖的哺乳动物
经过20年的实验,研究人员已经对这一实验小鼠品系的细胞进行了超过30000次克隆实验,而克隆鼠也已经来到了第58代。
这项实验最初看起来很成功,大约在第25代时,克隆成功率实际上有所提高,而且克隆出来的小鼠看起来完全健康,寿命也很正常,也没有表现出任何生理异常。
但是,到了第27代后,出生率开始悄然下降。到了第57代,仅有0.6%的克隆胚胎能够存活下来。
而到了第58代,这个克隆的小鼠品系彻底终结,基本没有克隆体能够发育到出生,而所有出生的克隆体都在一天内死亡。
为什么第58代克隆体无法存活?
答案就是,连续克隆最终会引发致命的基因突变级联反应。
以前人们普遍认为,克隆体和本体是一模一样的存在,但是这项研究对克隆小鼠的基因组进行测序,他们发现克隆体的遗传损伤极其严重。
每一代都会出现大约70个新的突变,更糟糕的是,随着克隆代数的增加,大段的DNA开始断裂,染色体发生倒位或错位连接,甚至有完全丢失了一条X染色体的例子出现。
△ 图片来自《自然通讯》
平均来说,克隆体基因突变的概率是自然繁殖后代的三倍。
所以,随着克隆代数的增加,遗传负担变得越来越大,最终达到一个生物体无法生存的阈值。
做一个不太恰当的比喻,我们可以把连续克隆想象成对复印件进行连续复印,而每次复印时,图像质量都会略有下降,而到了第58次时图像已经面目全非了。
哺乳动物需要有性生殖
在生物学领域,长期以来都有一个谜团,就是生物为什么需要有性生殖?
有性生殖需要花费大量的能量来寻找另外一半,而付出巨大努力的情况下却只能传递一半的基因。
可以说有性生殖对生物来说是非常低效的繁殖方式,而大自然是低效生存方式的“天敌”,任何低效的方式都很容易被淘汰。
所以,生物有性生殖的出现至今都十分令人费解!
这项实验充分证明了一点,对于哺乳动物来说,有性生殖就是唯一的出路,没有新鲜的DNA补充,哺乳动物只有死路一条。
然而,自然界中确实存在许多直接克隆自己繁殖的生物。
例如以前在我文章出现过的大理石纹螯虾(Procambarus virginalis),它们是一种三倍体生物,根本无法进行有性生殖,所以只能通过克隆自己实现后代繁衍。
△ 大理石纹螯虾
这些生物有时候会因为更高效的繁殖方式,而获得巨大的成功。
但是,它们又为什么不会因为基因崩溃而灭绝呢?
实际上,能够通过克隆自己生存的生物大多是比较简单的,而它们通常采用两种方式避免有害突变的积累。
一种是是依赖于一个残酷的微观筛选过程,被称为体细胞选择(somatic selection)。
采用这种方式的“克隆者”,本质上每个成功出生的个体都是从大量的通用干细胞中筛选出来的,而在这个过程中,任何获得有害突变的干细胞在形成新一代之前,就已经被健康的、充满活力的细胞所淘汰。
另一种方式是,利用强大的DNA修复系统,保留多个基因组备份,用于修复受损基因,如蛭形轮虫(Bdelloid rotifers)就是这样的。
哺乳动物没有这些避免基因崩溃的机制,所以想科幻作品中描述的那样利用克隆技术做许多事情是不现实的。
参考:
https://www.zmescience.com/science/news-science/can-you-clone-a-clone-forever-a-20-year-experiment-suggests-you-eventually-hit-a-biological-wall/
文献:
https://doi.org/10.1038/s41467-026-69765-7