假面骑士也是奇美拉?
在科幻作品当中,有一种很常见的设定,那就是英雄或者反派拥有动物的特殊能力。例如火遍全国的假面骑士,主角假面骑士1号和2号是拥有草蜢能力的改造人,反派组织修卡的怪人们则以各类动物或植物为原型。
如今,从漫画、动画到特效剧,类似的设定不胜枚举。其实,对杂糅各种生物特征的怪物、神兽的想象,古今中外比比皆是。
在日本传说中,有一种名为“”的怪物,长着猿猴的脑袋、狸的身体、老虎的四肢和蛇的尾巴。在西方,也有长着狮子的脑袋、山羊的身体、毒蛇的尾巴的奇美拉。兼具多种生物特征的现象的代名词“奇美拉”,就来自这种怪物。很多读者可能不知道的是,“奇美拉”一词其实也是正式的生物学用语。
各位读者最在意的,也许就是我们究竟能否创造出兼具各种动物特征的奇美拉动物。先不讨论或奇美拉这种“复杂”的物种,基本上来说,在亲缘关系接近的物种之间,是可能存在跨物种生殖的。
人们常说“染色体数目不同的物种之间无法生殖”,但实际上也存在例外情况。最为人熟知的就是公驴和母马产下的骡子。驴的染色体有62条,马则有64条。骡子的染色体是63条,无法生育。此外还有普氏野马(蒙古野马66条)和家马(被驯化的现代马64条)的杂种马的染色体有65条,但它们是拥有生育能力的。
大型猫科动物的染色体数目都相同,虎、狮、美洲豹、美洲狮、花豹的染色体都是38条。在自然界中,它们之间几乎不存在相互**繁殖的现象。虽然并非不可能杂交,但诞生的个体是无法生育的。
简而言之,现实就是,我们的确还有许多不了解的情况。可能在基因层面或是细胞层面上,还存在着保证物种独立性的某种机制。
生物学对奇美拉的定义是,拥有多组遗传信息的个体。也就是说,在同一个生物身上,存在着不同基因组的细胞。最近,奇美拉的含义也在变得更广,人们有时会将分子层面上(例如蛋白质等)拥有来源不同的部分的分子,称作奇美拉分子。
人类当中也存在奇美拉
除此以外,猫的毛发的纹案中,存在着基因表达不同的基因,但这种情况不是奇美拉,而被称作镶嵌现象。奇美拉是拥有不同基因组的情况,而镶嵌现象则是同一基因组的不同基因表达。
超越物种的奇美拉是想象中的产物,而同一物种中的奇美拉虽然少见,但的确存在。例如人类奇美拉的现象在异卵双胞胎身上会出现。异卵双胞胎之间的基因组是不同的。
但两者在母亲体内成长的过程中,形成血液的原始的细胞相互混杂,最终留存在了骨髓中。在这种情况下,皮肤等细胞中的染色体所记录的遗传信息和实际的血型是有可能不同的。
同样的情况在白血病的治疗中也会发生。治疗后的骨髓细胞,和患者与生俱来的细胞有着不同的基因组。在骨髓移植时,最重要的就是白细胞配型一致。ABO血型不必一致也能完成移植,因此体细胞的基因组中的血型会发生改变。
而当多个受精卵发生融合时,全身的细胞也会成为奇美拉。
例如体外受精生下的孩子、有一方被吸收了的双胞胎,虽然是极端稀有的例子,但的确会产生这种情况(健康上应当没有什么问题)。
在昆虫等节肢动物中,有时会出现身体左右两侧雌雄各异的个体。
这种个体猛一看有些吓人,但它们并不属于奇美拉,而是属于一种叫作雌雄嵌合体的现象。这种个体体内的细胞虽然基因组相同,但不知为何身体两侧的性别表达却是不同的。
重组DNA技术是一种推动了生物学发展的技术。基因敲入(Knock-in)小鼠(KI小鼠)和基因敲除(Knock-out)小鼠(KO小鼠)都是非常出名的。最具代表性的KI小鼠,是全身细胞都表达了分离自维多利亚多管发光水母的绿色荧光蛋白(GFP)的GFP小鼠。GFP也因为日本著名的化学家、海洋生物学家下村修2008年获得诺贝尔奖而知名。
但是,通过敲入其他物种的基因,虽然能够表达出过去没有的种种性状,但却无法让马像飞马那样生出鸟儿的双翼。科学还没有发展到可以随心所欲操纵生命的程度,而人类所想象出的物种,在生物学上有很多无法实现的不合理之处。但毕竟古人没有胚胎学和解剖学的知识,这也是没办法的事情。
需要向大家说明的是,胚胎学是研究生物从生殖细胞(卵或**)到受精卵、胚胎的发育成长过程中的种种现象的学科。近年来随着iPS细胞的发明,胚胎学作为生命科学的一个分支,也受到了广泛的关注。
iPS细胞被称作“万能细胞”,因此也许会有读者认为利用iPS细胞就可以制造出克隆生物或是奇美拉生物,但现实并不是那么简单的。
“细胞命运”是什么
iPS细胞是山中伸弥(现任日本京都大学iPS细胞研究所所长)在2006年发明的。他也因此在2012年获得了诺贝尔奖。
iPS细胞的特点,就是将已完成分化的体细胞转化为未分化的干细胞。这被称作重编程(reprogram-ming)。
前文已经提到,胚胎学是研究个体从受精卵发育为成熟个体过程的学科。一位体重60千克的成年男性体内拥有超过60万亿个细胞。人类会从一个受精卵开始在母亲体内产生基本的形状,在诞生之后的成长过程中,会有约200种的细胞发挥各自的作用。细胞功能之间的差异被称作分化。
一般而言,细胞一旦经过分化,就无法回到分化前的状态。细胞的分化就像是从坡道上滚下的物体一般,经过数个分支,最终完成分化。
这被称作“细胞命运”。大家可能会认为这个说法还挺文艺的,但它的确是正式的生物学用语。而成功爬上分化坡道的,正是iPS细胞。过去,人们一直以为这在哺乳动物身上是不可能发生的事情。这项研究也因此获得了诺贝尔奖。
从字面上来解释,全能性兼具“形成胎盘等孕育胎儿的器官的能力”和“分化出身体各类细胞的能力”,但多能性仅指“分化出身体各类细胞的能力”。因此,大家应当将iPS细胞看作是受精卵经过一定分化之后的细胞。从iPS细胞直接发育出成熟的个体虽然很困难,但在理论上并非不可能。因为利用iPS细胞制作出的生殖细胞(卵或**)在受精后,理论上是能够制造出克隆体的。
但这并不意味着真的很容易实现。因为生殖细胞的成熟需要精巢或卵巢,而受精卵想要孕育出胎儿也需要子宫。
◆细胞命运与iPS细胞
山顶是受精卵,山麓是完成分化的各种细胞。细胞所处的位置越高,分化程度就越低。分化的过程就像是沿着山间的各种岔路一路滚到山脚。iPS细胞可以想象成是把山脚下的细胞带回完全分化之前的山上的岔路口。
现如今的科学技术,还无法不借助“生命的力量”,仅在试管中就创造出生命。至于创造出符合人类想象、表达出跨物种形状的奇美拉,那更是天方夜谭了。