2025年5月，一頭體重26公斤的克隆犏牛犢于在西藏自治區(qū)拉薩市曲水縣實(shí)驗(yàn)站順利降生。這是全球首例體細(xì)胞克隆犏牛，標(biāo)志著我國(guó)在高原家畜克隆領(lǐng)域邁入世界領(lǐng)先行列。就在今年，我國(guó)還成功培育生產(chǎn)了一頭體細(xì)胞克隆的延邊牛及牦牛。這三種牛分別代表了優(yōu)良肉牛（延邊牛）、雜交優(yōu)勢(shì)品種（犏牛）和高原良種牛（牦牛）。這一系列成果背后的技術(shù)就是體細(xì)胞克隆。

出生后兩個(gè)月的體細(xì)胞克隆犏牛

（圖片來(lái)源：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所）

克隆延邊牛

（圖片來(lái)源：中國(guó)新聞網(wǎng)）

自從1996年體細(xì)胞克隆的綿羊多莉誕生之后，越來(lái)越多的動(dòng)物被成功克隆——從2001年中國(guó)克隆的渤海黑牛品系“康康”誕生，再到之后的普通獼猴、黑足鼬、北極狼以及警犬，甚至是已滅絕的比利牛斯山羊?？寺〖夹g(shù)正在悄然地改變著動(dòng)物保護(hù)和育種的未來(lái)。

北極狼。克隆的北極狼（原名瑪雅）本體出生于2005年，卒于2021年，其克隆個(gè)體“瑪雅”隨后誕生；2022年秋天，另一只克隆北極狼“哈爾”在江蘇省出生。圖片中的北極狼并非克隆個(gè)體。

（圖片來(lái)源：作者拍攝于北京野生動(dòng)物園）

那么，什么是克隆技術(shù)？為什么要克隆動(dòng)物呢？這看似簡(jiǎn)單的兩個(gè)問(wèn)題背后，卻蘊(yùn)含著生物科技發(fā)展的重大意義。讓我們從科學(xué)原理到實(shí)際應(yīng)用，來(lái)一探這項(xiàng)神奇技術(shù)的究竟。

克隆及其操作過(guò)程

要理解克隆技術(shù)，我們得先回到1996年。那一年，一只叫“多莉”的綿羊誕生，她是世界上第一只用體細(xì)胞克隆技術(shù)成功培育出的哺乳動(dòng)物。曾經(jīng)引起過(guò)全世界的關(guān)注，其案例還出現(xiàn)在了諸多教科書中。

哺乳動(dòng)物體細(xì)胞克隆的過(guò)程簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是把一只動(dòng)物的體細(xì)胞（例如皮膚細(xì)胞）的細(xì)胞核，植入到另一只去除了卵細(xì)胞的細(xì)胞核里面，形成一個(gè)人工授精的胚胎。再將這個(gè)胚胎移植到受孕母體里發(fā)育成長(zhǎng)。出生的個(gè)體，與提供細(xì)胞核的原型動(dòng)物在細(xì)胞核基因上幾乎一模一樣。

注解：上文提到的“把動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核植入是卵細(xì)胞內(nèi)”有兩種方式，第一種是直接取出體細(xì)胞細(xì)胞核（用微型注射針），然后注入卵細(xì)胞里面。第二種是讓整個(gè)供體細(xì)胞在電脈沖等方式下和卵細(xì)胞融合?？寺⊙蚨嗬蚴褂玫氖呛笳摺?/p>

綿羊多莉克隆圖

（圖片來(lái)源：Ask a Biologist）

如今，這個(gè)方法已經(jīng)成功應(yīng)用于多種哺乳動(dòng)物，如黃牛、狼、家貓，甚至獼猴。那其他的動(dòng)物呢？其實(shí)在20世紀(jì)下半葉，克隆的魚類和無(wú)尾目就已經(jīng)誕生——雖然它們沒(méi)有子宮，但是它們的胚胎可以在水體內(nèi)自己發(fā)育。1962年，英國(guó)的戈登就已經(jīng)把蛙類克隆成功。

蛙克隆過(guò)程，和克隆羊多莉過(guò)程相對(duì)類似。不過(guò)有些不一樣的是，它是直接把體細(xì)胞細(xì)胞核植入卵細(xì)胞里面，而非讓體細(xì)胞和卵細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞融合

（圖片來(lái)源：Brainly）

但克隆鳥類就很困難了——因?yàn)榭寺〖夹g(shù)涉及到對(duì)卵細(xì)胞的操作，而鳥類的卵黃太大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不像哺乳動(dòng)物那樣容易處理。以雞蛋為例，我們常吃的雞蛋不少是雞產(chǎn)下來(lái)的未受精卵（也有受精卵）。相比之下，沒(méi)有太多卵黃和卵殼保護(hù)的蛙類卵就很好操作了。而且，鳥類也沒(méi)有子宮，無(wú)法像哺乳動(dòng)物一樣通過(guò)子宮孕育胚胎，這使得胚胎移植幾乎無(wú)從談起。

雞胚胎在蛋里面發(fā)育

（圖片來(lái)源：ar.inspiredpencil）

所以，鳥類真的不能被克隆嗎？有些科學(xué)家選用了另一種方式——不是復(fù)制整個(gè)細(xì)胞，而是將珍稀鳥類的原始生殖細(xì)胞（如精原細(xì)胞或卵原細(xì)胞）轉(zhuǎn)移到一只普通家禽體內(nèi)。例如，把綠孔雀的精原細(xì)胞移植至家雞的睪丸里，讓家雞代為生成孔雀的精子。這種方法雖然還在實(shí)驗(yàn)階段，但已經(jīng)在不同品種雞之間成功實(shí)現(xiàn)了間接克隆。

綠孔雀（非克隆個(gè)體）

（圖片來(lái)源：作者拍攝于北京動(dòng)物園）

例如，揚(yáng)州大學(xué)的團(tuán)隊(duì)把黑色羽毛的狼山雞的體細(xì)胞（準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)是雞身上的成纖維細(xì)胞）“誘導(dǎo)”逆轉(zhuǎn)為原始生殖細(xì)胞。然后，將其移植到了白洛克雞品系的體內(nèi)負(fù)責(zé)受孕，生下了狼山雞。

狼山雞品系

（圖片來(lái)源：The Livestock Conservancy）

克隆技術(shù)目前的局限性及破解方法

不過(guò)想要克隆動(dòng)物，也面臨著不少技術(shù)操作和科學(xué)倫理的問(wèn)題。除了上文提到的鳥類克隆面臨著生殖細(xì)胞操作的問(wèn)題以外，也有人發(fā)現(xiàn)，部分物種的克隆并不是我們要做的那么簡(jiǎn)單。

比利牛斯山羊（屬于西班牙山羊Capra pyrenaica的亞種）在滅絕之后被克隆了。2000年，它們被宣告滅絕，但好消息是，科學(xué)家們保留住了部分個(gè)體的冷凍細(xì)胞樣本，這就是它們復(fù)活的希望。

2003年，研究人員嘗試?yán)眠@些冷凍保存的細(xì)胞進(jìn)行克隆。他們將山羊細(xì)胞的細(xì)胞核植入了家山羊的卵細(xì)胞中，并把實(shí)驗(yàn)中培育出的208個(gè)胚胎移植到57只受孕母羊體內(nèi)（受孕的個(gè)體有西班牙山羊的其他亞種）。結(jié)果顯示，僅有7只成功妊娠，但其中6只羊在孕期中途發(fā)生胚胎流產(chǎn)。最后，僅有1只比利牛斯山羊出生，然而該幼羊剛出生沒(méi)多久就因?yàn)榉尾肯忍旎味馈?/p>

由于重新克隆的比利牛斯山羊早逝，比利牛斯山羊也成了為數(shù)不多的滅絕兩次的動(dòng)物。這次實(shí)驗(yàn)是人類首次嘗試用克隆技術(shù)“復(fù)活”已經(jīng)滅絕的哺乳動(dòng)物，雖然以失敗告終，卻也揭示了一個(gè)現(xiàn)實(shí)：哪怕掌握了克隆技術(shù)，想要真正讓滅絕動(dòng)物重返世界，依然困難重重。

比利牛斯山羊

（圖片來(lái)源：維基百科）

從中，我們也不難看出，一些動(dòng)物克隆時(shí)可能存在胚胎流產(chǎn)或者克隆胚胎無(wú)法受孕的情況。并且，如果使用了近緣物種的卵細(xì)胞，可能會(huì)導(dǎo)致新克隆出來(lái)的動(dòng)物摻雜了其他動(dòng)物的細(xì)胞質(zhì)基因（卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)也有基因，線粒體基因就是例子），造成基因混雜。正是由于克隆涉及的技術(shù)繁雜以及存在受孕失敗風(fēng)險(xiǎn)，使得在拯救瀕危物種的實(shí)踐中，傳統(tǒng)的交配繁殖、種群交換和個(gè)體轉(zhuǎn)移往往更高效。

一只克隆貓咪

（圖片來(lái)源：Britannica）

值得注意的是，即便對(duì)于一些數(shù)量正常的家畜，克隆技術(shù)也面臨特殊挑戰(zhàn)。以犬類為例：其卵母細(xì)胞對(duì)于外界刺激相對(duì)敏感，如果要進(jìn)行去除和植入細(xì)胞核的顯微操作，可能會(huì)導(dǎo)致卵母細(xì)胞的“意外去世”。犬類卵細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)的脂肪也會(huì)影響原有細(xì)胞核的移除。另外，犬類每年的排卵次數(shù)也不多，且不能通過(guò)激素干預(yù)。

正是因?yàn)槿绱?，克隆部分物種的推廣普及還在發(fā)展之中，而對(duì)于繁殖飼養(yǎng)技術(shù)相對(duì)匱乏的瀕危物種，那就更難一些。

克隆犬類過(guò)程。過(guò)程看似簡(jiǎn)單，但是右側(cè)去除卵細(xì)胞細(xì)胞核部分曾一度困擾人。

（圖片來(lái)源：Dreamstime）

縱然克隆技術(shù)存在諸多挑戰(zhàn)，但也有人選擇開始克隆身邊的警犬，敢為人先，不過(guò)培育警犬也存在一定失敗率。通過(guò)克隆訓(xùn)練有素的好警犬或者其他工作犬，或許可以得到更多和原犬一樣具備優(yōu)秀訓(xùn)練潛質(zhì)的個(gè)體。韓國(guó)曾克隆過(guò)優(yōu)秀的工作犬。

左側(cè)為首個(gè)克隆犬（來(lái)自韓國(guó)），右側(cè)是的它受孕母親。

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[9]）

而在中國(guó)的2018年冬天，昆勛這條克隆的昆明狼犬誕生。不過(guò)，要使其性格和工作能力和原犬一樣，還需要警察同志的后天培養(yǎng)教育。北京等地也有克隆警犬來(lái)自于功勛的警犬細(xì)胞。

克隆的昆勛

（圖片來(lái)源：文匯報(bào)）

您可能還會(huì)好奇：前文提到犬類卵細(xì)胞操作困難，這一問(wèn)題如何解決？青島農(nóng)業(yè)大學(xué)趙明輝博士開發(fā)出AI輔助顯微操作系統(tǒng)——用AI幫助識(shí)別和預(yù)測(cè)卵細(xì)胞中細(xì)胞核的位置，輔助取出細(xì)胞核。

AI輔助去核克隆犬

（圖片來(lái)源：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)）

在一些珍稀黃牛品系保護(hù)方面，克隆技術(shù)同樣展現(xiàn)出顯著價(jià)值——西藏地區(qū)數(shù)目不足百只的樟木牛和阿沛甲咂牛都是典型的例子，它們就曾在2024年初被克隆。之前創(chuàng)造了克隆?！翱悼怠钡慕淌诜驄D，還助推了肉牛胚胎移植產(chǎn)業(yè)化的可能性。

克隆的珍貴黃牛品系

（圖片來(lái)源：新華社）

此外，關(guān)于克隆動(dòng)物的常見誤解需要澄清——很多人錯(cuò)誤地認(rèn)為“克隆的動(dòng)物可能沒(méi)法自己繁殖，壽命短”，這一觀點(diǎn)其實(shí)不太對(duì)。2017年相應(yīng)的科學(xué)研究表明，多莉這只克隆綿羊因?yàn)殛P(guān)節(jié)炎沒(méi)活到預(yù)期壽命，背后的原因并不是因?yàn)榭寺?。還有克隆牛康康和雙雙也在繁殖能力上沒(méi)有什么問(wèn)題（人工授精已經(jīng)成功了）。日本也有體細(xì)胞克隆牛壽終正寢。

克隆是因?yàn)樯系K嗎？為啥不能生？

克隆的動(dòng)物確實(shí)很多，那為什么要克隆它們呢？可能是要增加它們的數(shù)目，也可能是——被克隆的動(dòng)物壓根無(wú)法繁殖。

沒(méi)錯(cuò)，本次克隆的犏牛就是一個(gè)例子：公犏牛不育，只有母犏?？捎?。2003年還誕生過(guò)克隆的騾子，然而，不論公母騾子都基本無(wú)法生育。此外，雄獅和雌虎生下來(lái)的獅虎獸也是雄性不育而雌性可育。為什么會(huì)這樣呢？

獅子獅虎獸（獅子和雌性獅虎獸雜交后代）

（圖片來(lái)源：Ligerworld官網(wǎng)）

克隆的珍貴黃牛品系

（圖片來(lái)源：ar.inspiredpencil）

這種現(xiàn)象背后的科學(xué)原理與親本物種的分化時(shí)間密切相關(guān)。以騾子為例（通常指母馬和公驢雜交所生的馬騾，若雜交親本反過(guò)來(lái)——母親是驢，父親是馬，產(chǎn)生的后代則稱之為驢騾，其體型和力氣比起騾子?。?，它們的父母——家馬和家驢的物種分化時(shí)間比起黃牛牦牛（也就是犏牛父母）的分化時(shí)間長(zhǎng)。不過(guò)也有極少數(shù)例外：曾有母騾子和公驢或公馬交配成功繁殖的報(bào)道。

克隆騾子

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[8]）

更深層的原因還涉及到獸類的性染色體。我們哺乳動(dòng)物多是雄性XY兩個(gè)不一樣的性染色體，而雌性則是XX兩條一樣的染色體。而X染色體是有自己基因拷貝的，這樣一來(lái)，雌性有“兩份”X染色體基因拷貝和表達(dá)量，但是雄性只有一份基因拷貝，理論上表達(dá)量就會(huì)下降，影響雄性個(gè)體生存。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，就需要“劑量補(bǔ)償效應(yīng)”提升雄性的X染色體相應(yīng)基因表達(dá)的“產(chǎn)量”。而產(chǎn)量需要順式調(diào)控元件和反式調(diào)控因子來(lái)進(jìn)行，前者來(lái)自X染色體，后者在性染色體以外的其他染色體上面。這個(gè)因子和原件用來(lái)做什么？順式調(diào)控元件像是一個(gè)“智能水龍頭”。而反式調(diào)控因子則是可調(diào)節(jié)水龍頭的智能設(shè)備，“智能設(shè)備”也就只能識(shí)別和調(diào)節(jié)特定的水龍頭——這就意味著不同物種間的設(shè)備和水龍頭就有區(qū)別。

當(dāng)性染色體調(diào)控系統(tǒng)在雄性獅虎獸身上出現(xiàn)識(shí)別失敗時(shí)，問(wèn)題就變得尤為棘手。由于雄性的獅虎獸同時(shí)繼承了獅子和老虎染色體上面的“智能設(shè)備”，還有老虎X染色體的“水龍頭”，但卻沒(méi)有獅子X染色體上面的“水龍頭”。最后由于“水龍頭”數(shù)目太少，而設(shè)備的調(diào)節(jié)又非?；靵y識(shí)別失敗，可直接導(dǎo)致基因表達(dá)失調(diào)——或者過(guò)多或者過(guò)少。特別值得注意的是，受影響最嚴(yán)重的恰恰是控制雄性生殖系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)鍵基因，這正是導(dǎo)致雄性獅虎獸不育的根本原因。

海南島某動(dòng)物園的獅虎獅獸（獅子和雌性虎獅獸的雜交后代，這只獅虎獅獸的“姥爺”“姥姥”分別是雄虎和雌獅）。

（圖片來(lái)源：messybeast官網(wǎng)）

雌性獅虎獸和公老虎生的“虎獅虎獸”

（圖片來(lái)源：messybeast官網(wǎng)）

相比之下，如果是雌性獅虎獸，父親獅子和母親老虎的“水龍頭”和“智能設(shè)備”都是一半一半。這樣一來(lái)，雖然父親的X染色體上面的“水龍頭”和母親的“智能設(shè)備”放一起會(huì)有點(diǎn)問(wèn)題（反之也有），但由于雌性獅虎獸有兩個(gè)X染色體，因此其基因表達(dá)錯(cuò)誤會(huì)在一定程度上緩沖跨物種調(diào)控系統(tǒng)的兼容性問(wèn)題，使其生殖功能受到的干擾相對(duì)雄性顯著減輕。

雌性獅虎獸

（圖片來(lái)源：Ligerworld官網(wǎng)）

在性染色體決定性別方面，還存在著與哺乳動(dòng)物XY系統(tǒng)截然不同的ZW模式——這一系統(tǒng)廣泛存在于部分兩棲動(dòng)物、蜥蜴、蛇類、鱗翅目昆蟲、魚和鳥類中。其中，ZW為雌性，ZZ兩個(gè)一樣染色體的則是雄性。這種機(jī)制導(dǎo)致了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：兩種有生殖隔離的鳥雜交出來(lái)的后代往往是雌性不育而雄性可育。那就是因?yàn)閆染色體承載著“水龍頭”（順式調(diào)控元件），而雜交的雌性鳥只有父方來(lái)的“水龍頭”，而父母雙方的“智能設(shè)備”（反式調(diào)控因子）直接會(huì)把它的相關(guān)基因“調(diào)節(jié)混亂”。

科莫多巨蜥，染色體類型為ZW。

（圖片來(lái)源：作者拍攝于上海動(dòng)物園）

說(shuō)回到剛剛不能繁殖的犏牛，由于體內(nèi)基因的“水龍頭”和“設(shè)備調(diào)解失敗”的原因，出現(xiàn)了產(chǎn)生精子的問(wèn)題。

中學(xué)時(shí)代的生物有提及，產(chǎn)生精子需要減數(shù)分裂，而減數(shù)分裂需要精原細(xì)胞來(lái)進(jìn)行，精原細(xì)胞會(huì)先分裂增加數(shù)量并演變?yōu)槌跫?jí)精母細(xì)胞，初級(jí)精母細(xì)胞經(jīng)過(guò)二次減數(shù)分裂形成精細(xì)胞，精細(xì)胞再度變形成為蝌蚪狀的精子。

犏牛自己卻出現(xiàn)了精原細(xì)胞的形成問(wèn)題，而精原細(xì)胞變作初級(jí)精母細(xì)胞的數(shù)目，也比同齡正常繁殖的牦牛少。此外，它們的減數(shù)分裂還被阻斷了：減數(shù)分裂中所需要的一些蛋白質(zhì)，例如CDK1和SETX等參與了細(xì)胞分裂等生命活動(dòng)的蛋白，可以在牦牛的精母細(xì)胞里面找到，但在犏牛中卻找不到。缺少這些必需的蛋白，犏牛自然出現(xiàn)了繁殖困難問(wèn)題。面對(duì)這樣的情況，克隆技術(shù)為保存犏牛這一兼具產(chǎn)奶與產(chǎn)肉價(jià)值的特殊畜種提供了全新思路。

從克隆牛到雜交不育機(jī)制，這些研究不僅揭示了生殖生物學(xué)的精妙復(fù)雜，更展現(xiàn)了現(xiàn)代生物技術(shù)在保護(hù)優(yōu)良畜種、工作犬和瀕危物種方面的巨大潛力。于此，也希望克隆技術(shù)能在更多的動(dòng)物中得到應(yīng)用。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，我們有理由期待克隆技術(shù)能為生物多樣性保護(hù)開辟更廣闊的道路。

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出品：科普中國(guó)

作者：呂澤龍（中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽