导读:繁殖是生物体遗传的必需条件,生殖细胞在自然界存在2种繁殖方式:有性生殖和无性生殖。相比无性生殖,有性生殖是物种适应环境的最优方式,也是高等动物所采用的。无性繁殖一般是低等动物的遗传方式,如草履虫、水螅和酵母菌等。克隆技术可对高等动物进行无性生殖,并在动物保护和转基因动物方面展现出广阔的前景,但是对于人类的克隆技术必然受到伦理的限制。难道真的要放弃伦理底线,大力发展克隆技术这一无性生殖吗?
无性生殖—多利羊
什么是生殖细胞?
生殖细胞是多细胞生物体内能繁殖后代的细胞的总称,包括从原始生殖细胞直到最终已分化的生殖细胞。体细胞最终都会死亡,只有生殖细胞有延存至下代的机会。物种主要依靠生殖细胞而延续和繁衍。长期的自然选择使每一种生物的结构都为其生殖细胞的存活提供最好的条件。
生殖细胞与端粒酶活性
生殖细胞是一类不断分裂克隆的永生细胞,端粒酶呈现阳性,非常活跃;当细胞分化成熟后,必须负责身体中各种不同组织的需求,与此同时,端粒酶的活性会渐渐地消失。随着组织细胞分裂次数的增加,端粒的长度逐渐变短,最终导致生物体的衰老。也就是说,在正常的人体细胞中,端粒酶的活性是降低的,甚至是消失的。
有性生殖产生的卵子比精子大得多
卵子里面具有细胞器和营养物质,精子内只有遗传物质。卵母细胞一次有性分裂只能产生一个卵细胞,储存营养的卵细胞为受精发育提供所需物质,而精母细胞一次有性分裂可产生4个精子,每个精子体积不会太大,体积大的精子只能是进化的“牺牲品”,因为体积小的精子往往游动速度快,而游动速度是受精成败的关键。在长期的进化过程中,体积不大的精子携带完整遗传信息,才能适应物种遗传的进化所需。此外,受精过程通常表现在大量地精子追求一个卵细胞,因此,卵细胞的目标一定要大,并能容纳第1个精子的进入,反之,只能是卵细胞进入精子之中。
无性和有性生殖,孰优孰劣?
不经过生殖细胞的结合,由母体直接产生出新个体的生殖方式叫无性生殖,而由亲本产生有性生殖细胞,经过两性生殖细胞的结合,成为合子,再由合子发育成为新个体的生殖方式,叫做有性生殖。
对于2倍体生物而言,有性生殖中精卵细胞携带亲本的一套基因组,受精作用后遗传物质恢复到正常的2倍体,保证遗传物质的稳定性,而不同来源的基因组重组后增加遗传物质的多样性,从而提高子代适应自然选择的能力。有性生殖产生的后代中随机组合的基因对单个个体可能有利,也可能不利,但从群体的水平上遗传物质丰度的增加能够提高物种在不断变化的环境中的存活机率,从而对物种有利。
无性生殖会发生除基因重组以外的其它碱基突变,在个体水平上这一生殖方式让生物体具有较高的遗传稳定性。但在群体水平上,无性生殖的物种在遗传物质多样性方面表现出不足,因此,很容易受到自然选择的淘汰。
无性生殖从群体上看不适应高等动物进化,是不是应该屏蔽掉?其实不然。
无性生殖在高等动物的表现
无性生殖在高等动物的表现
动物克隆技术是一种无性生殖,不仅理论上有重大突破,无需有性繁殖即可生产动物,而且可利用克隆羊技术来克隆人体器官,有医学价值,还可使难以生殖或即将灭种的动物(如熊猫)采用无性繁殖方式来繁殖后代,因此引起全世界关注。现又有克隆牛、克隆猪、克隆羊的问世,现在正在克隆熊猫。此外,动物克隆在转基因动物的应用前景很广阔,表现在:
改良动物经济性状的尝试 试图通过转移单个基因改良动物经济性状的研究,至今仍未见成功的报道,尚需对性状表现的生化代谢途径,有关基因的相互作用以及基因定位整合,基因定量表达、组织特异性表达等进行深入的研究。
乳腺生物反应器的研究 1987年,Gordon首次报道小鼠乳腺中表达tPA蛋白。至今国际上转基因羊、转基因牛等的成功报道实例已有10多种,生产出抗胰蛋白酶、乳铁蛋白、人凝血蛋白因子Ⅷ、蛋白质C等药用蛋白。国外经济学家预期,10年后,转基因动物生产的药物销售额超过250亿美元。
基因药物生产 乳腺分泌的基因产物不但产量高,而且易提纯。表达的蛋白经过充分的修饰加工,具有稳定的接近天然产品的生物活性。在动物乳腺表达的外源基因可以遗传,可用常规技术繁殖生产群体。
1938年,第一位现代胚胎学家、德国的汉斯•斯皮曼博士建议用成熟的细胞核植入卵子的办法进行哺乳动物克隆。
1952年,运用斯皮曼的构想,出现世界上第一只克隆青蛙。
1962年,约翰•格登宣布他用一个成熟细胞克隆出一只蝌蚪,从而引发了关于克隆的第一轮辩论。
1984年,斯蒂恩•威拉德森用胚胎细胞克隆出一只羊。这是第一例得到证实的克隆哺乳动物。
1995年,美国麻省麻醉学家维坎蒂博士利用改良组织工程,令老鼠背上长出人耳,从而使人类能在实验室培育出可向人类移植的皮肤和软骨。
1996年,英国苏格兰罗斯林研究所成功地用羊乳腺细胞克隆出小绵羊"多利"。
1997年,英国专家研制出一个无头的青蛙胚胎,令其有关技术可以制造人类器官以便作为医学移植用途。
1999年,日本科学家克隆出多头牛,并将其肉类推向市场出售。
2000年,美国先进细胞工程公司克隆出6头比它们本身实际年龄年轻的小牛。
2000年,美国科学家用无性繁殖技术成功克隆出一只猴子"泰特拉",这意味着克隆人本身已没有技术障碍。
生殖细胞的性别受“基因开关”控制
动物的生殖细胞与体细胞不同,有雌雄之别,也就是分为精子和卵子两种。由于生殖细胞是在移动到卵巢和精巢后才分化为卵子和精子,这种性别差异产生的过程很令人感兴趣。
原始生殖细胞在移动到卵巢或精巢前,已经有了差异, “SxL”的基因决定了这种差异。“SxL”是已知的果蝇体内与性别相关的基因。抑制“SxL”基因的表达,原始生殖细胞就会朝着精子的方向发育;反之,这个基因如果得到表达,原始生殖细胞会向着卵细胞的方向发育。哪怕是雄性果蝇的原始生殖细胞,如果“SxL”基因得到充分表达,也会发育成卵原细胞,移植到雌性果蝇卵巢后会继续发育成有效的卵细胞。
生殖细胞回避自然凋亡的机制
在发生过程的初期,原始生殖细胞中一种叫做诺纳的蛋白质(nanos)抑制了细胞凋亡的诱导蛋白的合成。这一成果使动物的生殖细胞机制得以阐明。
对原始生殖细胞的细胞凋亡诱导基因进行活化处理,发现了带有RNA的细胞凋亡程序,然后发现细胞凋亡必须由RNA合成的细胞凋亡诱导蛋白参与,而诺纳蛋白质能够抑制细胞凋亡诱导蛋白的合成。
原始生殖细胞可转化为胚胎干细胞
美国一项研究显示,原始生殖细胞即精子或卵子的前体细胞明显具有转化为胚胎干细胞的能力。
研究人员在捐赠人死亡后不久,利用添加酶的方法,分离出这些被称为CGPM的细胞。如果将这些CGPM细胞放入人体胚胎干细胞的培养基中,它们能形成与干细胞特性相似的细胞群。