原創(chuàng) 高翔 加美財(cái)經(jīng)

《紐約客》雜志近期刊載的一篇文章，介紹了科學(xué)家用一種名為CRISPR的基因編輯技術(shù)“切割”掉有害物種體內(nèi)的DNA、并拯救瀕危物種的嘗試。但是對于這種技術(shù)究竟是造福地球，還是人為改變物種進(jìn)化，并可能造成更大災(zāi)難，目前仍有爭議。

圖源：《紐約客》雜志

基因編輯不再是科學(xué)家的特權(quán)

在北歐神話中，奧丁是一個(gè)極其強(qiáng)大的神，同時(shí)也是一個(gè)騙子。他只有一只眼睛，為了智慧犧牲了另一只眼睛。在他的眾多才能中，他可以喚醒死者、平息風(fēng)暴、治愈病人并使敵人失明。他經(jīng)常變身為動物，當(dāng)他變作蛇時(shí)獲得了作詩的天賦，并在不經(jīng)意間把這種天賦傳遞給人們。

位于美國加州奧克蘭的“奧丁公司”是一家銷售基因工程套裝的公司。該公司的創(chuàng)始人喬賽亞·澤納留著短發(fā)、身上有多個(gè)穿洞，他的紋身在催促人們“創(chuàng)造美麗的東西”。他擁有生物物理學(xué)博士學(xué)位，是一個(gè)著名的離經(jīng)叛道者。在他眾多引人注目的行為中，他曾讓自己的皮膚產(chǎn)生一種熒光蛋白，在自制的排泄物移植中咽下了一個(gè)朋友的大便，并試圖讓自己的一個(gè)基因失活，以便他能長出更大的肌肉(他承認(rèn)，最后這次努力失敗了)。澤納稱自己為基因設(shè)計(jì)師，并表示他的目標(biāo)是讓人們在業(yè)余時(shí)間獲得改造生命所需的資源。

奧丁的產(chǎn)品從三塊錢的印有“地球生物黑客”的玻璃杯到近兩千美元的“基因工程家庭實(shí)驗(yàn)室套件”，套件包括一臺離心機(jī)、一臺聚合酶鏈反應(yīng)機(jī)和一個(gè)凝膠電泳盒（凝膠電泳是一種用于大分子，如DNA、RNA、蛋白質(zhì)以及其碎片的分離、分析技術(shù)）。我選擇了介于兩者之間的東西：“細(xì)菌的CRISPR和熒光酵母組合套件”，花費(fèi)了209美元（CRISPR是“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”的縮寫，是一種基因編輯技術(shù)）。它裝在一個(gè)裝飾有該公司標(biāo)志的紙盒里，這是一棵被雙螺旋圈起來的扭曲的樹。我認(rèn)為這棵樹代表了北歐神話中的世界樹，它的樹干從宇宙中心升起。

在盒子里，我發(fā)現(xiàn)了各種各樣的實(shí)驗(yàn)工具：移液器吸頭、培養(yǎng)皿、一次性手套，還有幾個(gè)裝有大腸桿菌的小瓶，以及我需要重新排列其基因組的所有東西。大腸桿菌被放進(jìn)了冰箱，旁邊有一塊黃油。其他的小瓶和冰激凌一起放進(jìn)了冰箱的抽屜里。

到目前為止，基因工程已進(jìn)入中期階段。1973年第一個(gè)轉(zhuǎn)基因細(xì)菌出現(xiàn)，1974年轉(zhuǎn)基因老鼠誕生，1983年轉(zhuǎn)基因煙草出現(xiàn)。1994年，第一個(gè)被批準(zhǔn)供人類食用的轉(zhuǎn)基因食物佳味番茄問世，但幾年后就因不景氣而停產(chǎn)了。相比之下，同一時(shí)間出現(xiàn)的轉(zhuǎn)基因玉米和大豆已經(jīng)變得普遍起來。

在過去的十年中，得益于CRISPR技術(shù)，轉(zhuǎn)基因工程經(jīng)歷了重要轉(zhuǎn)變，它使生物黑客和研究人員更容易操縱DNA。CRISPR允許用戶剪下一段DNA后禁用受影響的序列或用新的序列進(jìn)行替換。

這種技術(shù)帶來了無限種可能性。加州大學(xué)伯克利分校的教授、CRISPR的開發(fā)者之一詹妮弗·杜德娜表示：“我們現(xiàn)在掌握了一種可以按照我們的意愿重寫生命分子的方法。

有了CRISPR，生物學(xué)家們已經(jīng)創(chuàng)造出了眾多的生物，不能聞到氣味的螞蟻、擁有超級英雄般肌肉的小獵犬、能抵抗豬瘟的豬、患有睡眠障礙的獼猴、不含咖啡因的咖啡豆、不會產(chǎn)卵的三文魚、不會發(fā)胖的小鼠和基因中含有編碼的細(xì)菌，就像埃德沃德·邁布里奇著名的運(yùn)動中的馬系列照片那樣（埃德沃德·邁布里奇被稱為“現(xiàn)代電影之父”，以使用多個(gè)相機(jī)拍攝運(yùn)動的物體而著名，“奔跑中的馬”是他的重要作品，實(shí)際上是將一系列照片放在一起運(yùn)行，從而產(chǎn)生移動的效果）。

兩年前中國科學(xué)家賀建奎宣布，他培育出了世界上首例經(jīng)過基因編輯的雙胞胎女嬰，她們的基因經(jīng)過調(diào)整可抵抗艾滋病病毒，不過實(shí)際情況尚不清楚。這一消息宣布后，他在深圳被開除學(xué)術(shù)職務(wù)并被判處三年有期徒刑。

我?guī)缀鯖]有遺傳學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，從高中開始就沒有做過實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐工作。不過，按照奧丁盒子里的說明，在一個(gè)周末我創(chuàng)造出了一種新型的生物體。首先，我在一個(gè)培養(yǎng)皿中培養(yǎng)了一個(gè)大腸桿菌的菌落。然后，我把它浸泡在各種蛋白質(zhì)和儲存在冰箱里的DNA片段中。

這個(gè)過程我換掉了細(xì)菌基因組的一個(gè) “字母”，用“C”（胞嘧啶）代替了 “A”（腺嘌呤）。由于這一修改，我新改良的大腸桿菌不再害怕鏈霉素這種強(qiáng)力抗生素。雖然在廚房里培養(yǎng)出耐藥的大腸桿菌有些令人驚悚，但我也有了一絲成就感，因此我決定開始做盒子里的第二個(gè)項(xiàng)目：將水母的基因插入酵母中以使其發(fā)光。

禍害四方的澳洲蟾蜍

位于吉隆市的澳大利亞疾病防控中心是世界上最先進(jìn)的高等級生物安全實(shí)驗(yàn)室之一。它位于兩層大門后面，其中第二層大門可以抵御卡車炸彈，有人告訴我它厚重的澆筑混凝土墻足以承受飛機(jī)墜毀的沖擊。該個(gè)地方有520扇氣鎖門和四層安全防護(hù)。

一位工作人員告訴我：“在充滿僵尸的世界末日中，你最想來這里?！敝钡阶罱?，該中心還是澳大利亞動物健康實(shí)驗(yàn)室，其擁有最高的生物安全級別BSL-4，里面儲存著地球上最可怕的動物傳播病原體，包括埃博拉病毒 (電影《傳染病》里曾致謝該實(shí)驗(yàn)室)。

在BSL-4級實(shí)驗(yàn)室工作的人員不能穿自己的衣服進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，必須在回家前至少要沖淋浴三分鐘。實(shí)驗(yàn)室中的動物們則根本出不來，一位員工對我解釋說：“他們只有死后被焚化爐火化后才能出來?！?/p>

大約一年前，即疫情開始前不久我曾到該中心參觀，它在墨爾本的西南方向，大約一小時(shí)車程。吸引我的是一種巨型蟾蜍的實(shí)驗(yàn)，與人們熟知的蔗蟾相似。這種巨型蟾蜍是作為控制害蟲的動物被引入澳大利亞的，但它很快就失去了控制，造成了一場生態(tài)災(zāi)難。澳大利亞疾病防控中心的研究人員希望能用CRISPR技術(shù)把巨型蟾蜍控制住。

分子生物學(xué)家馬克·提茲是該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，他帶領(lǐng)我參觀該中心。提茲是個(gè)身材瘦削的男人，有一頭白發(fā)和一雙閃閃發(fā)光的藍(lán)眼睛。和我在澳大利亞遇到的許多科學(xué)家一樣，他來自英國。

在研究兩棲動物領(lǐng)域之前，提茲主要從事家禽研究。幾年前，他和中心的一些同事在一只母雞身上植入了水母基因。這個(gè)基因與我打算植入酵母的基因類似，帶有一種熒光蛋白。因此在紫外線的照射下，擁有這種基因的雞會發(fā)出一種詭異的光芒。接下來，提茲想出了一個(gè)辦法，將熒光基因植入其中使它只遺傳給雄性后代，這樣未孵化的小雞在殼里就可以進(jìn)行性別鑒定。

提茲知道許多人被轉(zhuǎn)基因生物嚇壞了，他們既反感吃轉(zhuǎn)基因生物，也反對把它們放到自然界中。雖然提茲不是一個(gè)挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的人，但他和澤納一樣，認(rèn)為這些反對者看待事情的方式是完全錯誤的。

“我們有會發(fā)綠光的雞，” 提茲告訴我，“當(dāng)來自學(xué)校的參觀者看到這些雞時(shí)，有些孩子會說‘哦，這太酷了。嘿，如果我吃了那只雞，我會變綠嗎？’”我會回答：“你已經(jīng)吃過雞了，對吧？那你長出羽毛和雞嘴了嗎？”

對提茲來說，現(xiàn)在擔(dān)心隨處可見的基因問題已為時(shí)過晚。“如果你觀察澳洲本土的環(huán)境，你會看到桉樹、考拉、笑翠鳥等，什么都有” 他說，“作為一名科學(xué)家，我看到的是桉樹、考拉等基因組的多個(gè)拷貝，而且這些基因組是相互影響的。然后噗的一下，你突然引入了一個(gè)外來的蔗蟾基因組。

它以前從未出現(xiàn)過，它與其他所有基因組的相互作用是災(zāi)難性的，因?yàn)樗哑渌蚪M完全干掉了?！?他接著說，“人們不知道這已經(jīng)是一個(gè)經(jīng)過基因改造的環(huán)境?！?入侵物種改變了環(huán)境，相比之下，基因工程師只是在各處改變了一小段DNA。

提茲說：“我們所做的是在兩萬個(gè)蟾蜍基因上再增加十來個(gè)本來不應(yīng)該存在的基因，而這十個(gè)基因會破壞其他的基因，從而將它們消滅并恢復(fù)生態(tài)平衡。人們對分子生物學(xué)的傳統(tǒng)疑問是：你是在扮演上帝嗎？顯然不是，通過對生物進(jìn)化過程的理解，我們試圖去恢復(fù)受傷的自然系統(tǒng)。”

蔗蟾的學(xué)名是海蟾蜍，它凹凸不平的棕色皮膚上布滿斑點(diǎn)、四肢粗壯。美國魚類和野生動物管理局的描述特別強(qiáng)調(diào)了它的體型，“是一種巨大的多疣蟾蜍（蟾蜍科）”。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的觀察，“坐在馬路上的大個(gè)頭蔗蟾很容易被誤認(rèn)為是大石頭”。

有記錄以來最大的蔗蟾長15英寸、重6磅，幾乎和一只胖乎乎的吉娃娃犬一樣。在19世紀(jì)80年代，布里斯班的昆士蘭博物館中有一只名叫大貝特的蟾蜍，它有9.5英寸長，幾乎和一個(gè)餐盤一樣寬。任何能塞進(jìn)它們超大嘴巴里的東西，如老鼠、狗糧和其他小蔗蟾，它們都不會拒絕享用。

Photo by Lucas van Oort on Unsplash

蔗蟾原產(chǎn)于南美洲、中美洲和德克薩斯州的最南端。在18世紀(jì)中葉，它們被引入到加勒比地區(qū)，用于消滅對該地區(qū)經(jīng)濟(jì)作物甘蔗有不良影響的甲蟲幼蟲 (甘蔗原產(chǎn)于新幾內(nèi)亞，后經(jīng)引入)。蔗蟾從加勒比地區(qū)被運(yùn)到夏威夷。1935年，檀香山的一艘載有102只蔗蟾的汽船駛向了澳大利亞。

101只在旅途中存活下來的蟾蜍被送到甘蔗之鄉(xiāng)——昆士蘭東北部的研究站。在一年中，它們產(chǎn)下了超過150萬枚卵 (一只雌性蔗蟾一次最多能產(chǎn)3萬枚卵)，這些小蟾蜍被有意地放入該地區(qū)的河流和池塘中。

這些蔗蟾是否保護(hù)了甘蔗尚未可知。吃甘蔗的甲蟲棲息在離地面很高的地方，巨石般大小的兩棲動物抓不到它們。但這對蔗蟾來說并不重要, 它們找到了很多其他的食物， 繁衍出數(shù)量眾多的小蟾蜍。它們從昆士蘭海岸的角落出發(fā)，向北進(jìn)入約克角半島，向南進(jìn)入新南威爾士州。在19世紀(jì)80年代，它們進(jìn)入了北領(lǐng)地。2005年，它們到達(dá)了領(lǐng)地西部的一個(gè)被稱為“中點(diǎn)”的地方，離達(dá)爾文市不遠(yuǎn)。

旅途中發(fā)生了一些奇怪的事情。在入侵初期，蔗蟾以每年6英里的速度前進(jìn)。幾十年后，它們以每年12英里的速度前進(jìn)。到達(dá)“中點(diǎn)”時(shí)，它們的速度已提高到每年30英里。當(dāng)研究人員對入侵的蔗蟾個(gè)體進(jìn)行測量時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了原因。這些蔗蟾的腿明顯比昆士蘭的蔗蟾長，并且這種特性是可以遺傳的。

《北領(lǐng)地新聞》在頭版以 “超級蟾蜍 ”為標(biāo)題報(bào)道了這則新聞，配圖是一只戴著斗篷的蔗蟾照片。“它已經(jīng)入侵了領(lǐng)地地區(qū)，現(xiàn)在可恨的蔗蟾蜍正在進(jìn)化?！?該報(bào)表示震驚。與達(dá)爾文結(jié)論相反，人們可以實(shí)時(shí)觀察到生物進(jìn)化。

蔗蟾不僅體型碩大，從人類的角度看它們長得很丑，瘦骨嶙峋的腦袋、一副猥瑣的表情。不過，它們真正讓人 “厭惡”的原因是它們的毒性。當(dāng)成年蔗蟾被咬傷或感到威脅時(shí)，它會釋放出一種乳白色的黏液，里面含有令人心跳驟停的化合物。狗狗經(jīng)常會因此中毒，癥狀包括口吐白沫和心臟驟停。如果人傻傻地吃掉蔗蟾則可能會死掉。

澳大利亞本土沒有毒蟾蜍，事實(shí)上這里根本沒有本地的蟾蜍，所以本地動物群無法抵抗它們。蔗蟾的情況與亞洲鯉魚完全相反，入侵的亞洲鯉魚在美國大肆破壞的原因是沒有生物捕食它們，而威脅著澳大利亞的蔗蟾卻是眾多生物的捕食對象。

因捕食蔗蟾而數(shù)量銳減的物種種類繁多，如本地人稱其為“freshies”的淡水鱷魚，可以長到5英尺以上的黃斑巨蜥，石龍子科的北部藍(lán)舌蜥蜴，看起來像小恐龍的澳大利亞水龍，常見的致人于死地的毒蛇，有毒的棕伊澳蛇。到目前為止，受害者名單中最瀕危的動物是北部袋鼬，一種可愛的有袋類動物。它們大約有一英尺長，尖尖的臉龐、長有斑點(diǎn)的棕色皮毛。當(dāng)小袋鼬從母親的育兒袋里出來后，母親就把它們背在背上。

為了減緩蔗蟾繁殖的速度，澳大利亞人想出了良莠不齊的各種辦法。蟾蜍陷阱裝有便攜式揚(yáng)聲器可播放蔗蟾的歌聲，有人覺得歌聲像撥號音，也有人覺得像馬達(dá)的轟鳴聲。

昆士蘭大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種誘餌，可以引誘蔗蟾的蝌蚪自取滅亡。人們用氣步槍、錘子和高爾夫球桿擊殺它們，故意用汽車碾壓它們，將其凍死在冰箱里，用一種叫HopStop的化合物噴它們，制造商向買家保證這種化合物 “能在幾秒鐘內(nèi)麻醉蟾蜍”，并在一小時(shí)內(nèi)將它們殺死。

社區(qū)組織了 “撲滅蟾蜍 ”的民兵。一個(gè)名為 “金伯利蟾蜍消滅者 ”的組織建議澳大利亞政府為每消滅一只蟾蜍提供賞金，該組織的口號是“如果人人都消滅蟾蜍，蟾蜍就會被消滅！”

用基因編輯消除蟾蜍體內(nèi)毒素

當(dāng)提茲對蔗蟾產(chǎn)生興趣的時(shí)候，他還從未見過蔗蟾。吉隆位于維多利亞州南部，是蔗蟾還沒有入侵的地區(qū)。在一次會議上，他坐在一位研究兩棲動物的分子生物學(xué)家旁邊。后者告訴他，盡管有那么多的消滅方法，蔗蟾還在不斷地蔓延?！八f這真是太可惜了，如果有什么新方法就好了?！?提茲回憶道，“好吧，我坐下來撓了撓頭?！?/p>

提茲繼續(xù)道：“我想毒素是由代謝途徑產(chǎn)生的，這意味著酶肯定有毒素的基因編碼。而我們有工具可以打破基因，也許我們可以消除產(chǎn)生毒素的基因。” 幸運(yùn)的是，昆士蘭大學(xué)的一個(gè)由化學(xué)家羅伯·卡彭領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，最近分離出產(chǎn)生毒素的一種關(guān)鍵酶。

提茲請來了博士后凱特琳·庫珀來幫助研究，來自馬薩諸塞州庫珀有一頭及肩的棕色長發(fā)，笑起來很有感染力 。以前從來沒有人嘗試過對蔗蟾進(jìn)行基因編輯，所以由庫珀來想辦法。她發(fā)現(xiàn)蔗蟾卵必須洗凈后用非常細(xì)的吸管刺穿，這需要在它們開始分裂之前快速完成。她告訴我：“完善顯微注射技術(shù)花了不少時(shí)間?！?/p>

作為熱身，庫珀先試著改變蔗蟾的顏色。蔗蟾（以及哺乳動物）的一個(gè)關(guān)鍵色素基因編碼是酪氨酸酶，它控制著黑色素的產(chǎn)生。據(jù)庫珀推斷，禁用這個(gè)色素基因應(yīng)該會使蔗蟾皮膚的顏色由深變淺。她將一些卵子和精子混合在一個(gè)培養(yǎng)皿中，利用顯微注射將CRISPR化合物注入到合成的胚胎中。結(jié)果三只奇異的斑紋蝌蚪出現(xiàn)了，其中一只蝌蚪死掉了，另外兩只雄性的長大成了有斑紋的小蝌蚪。它們被命名為 “斑點(diǎn)”和 “金發(fā)”。提茲告訴我：“當(dāng)這一切發(fā)生的時(shí)候，我絕對是欣喜若狂。”

接下來，庫珀將注意力轉(zhuǎn)移到“破除 ”蔗蟾的毒性上。蔗蟾將毒藥儲存在肩后的腺體中，起初這種毒藥只是令人作嘔。但受到攻擊時(shí)，蟾蜍可以產(chǎn)生卡彭分離出的蟾酥水解酶，這種酶可以將毒液的效力放大一百倍。利用CRISPR，庫珀對第二批胚胎進(jìn)行編輯，刪除了蟾酥水解酶的基因編碼，結(jié)果這批蔗蟾的毒性變?nèi)酢?/p>

我們聊了一會兒后，庫珀提出讓我看看她的蟾蜍。這需要進(jìn)入到澳大利亞疾病防控中心內(nèi)部，途經(jīng)很多氣閘門和安全防護(hù)層。我們都在衣服外面套上手術(shù)服，在鞋子外面套上靴子。庫珀在我的錄音機(jī)上噴灑了某種清潔液。一個(gè)牌子上寫著“隔離區(qū)，違者重罰”。我想最好不要提及奧丁和我做的很不安全的基因編輯實(shí)驗(yàn)。

門外是一個(gè)已消毒的谷倉，大小不一的圍欄里滿是動物。這種氣味介于醫(yī)院和寵物園之間。在一堆裝有老鼠的籠子附近，無毒的蟾蜍正圍著一個(gè)塑料水箱跳來跳去。這十幾只蟾蜍大約十周大，每只長約3英寸。庫珀說：“你看，它們非?；顫?。”

水箱里裝滿了所有蟾蜍想要的東西：假植物、一盆水、一盞太陽燈。我想起了蟾蜍館，“充滿了各種現(xiàn)代化設(shè)施”。其中一只蟾蜍伸出舌頭抓住了一只蟋蟀?！八鼈兛梢猿赃M(jìn)任何東西”，提茲說，“它們會吃同類，一只大蟾蜍會把一只小蟾蜍當(dāng)作午餐”。在澳大利亞的鄉(xiāng)下，一群無毒的蟾蜍大概不會存活太久。有些會成為淡水鱷魚、蜥蜴或毒蛇的午餐，其余的會被已經(jīng)在這片土地上生活的上億只毒蟾蜍淘汰。

提茲認(rèn)為它們可以被用在教育領(lǐng)域。對袋鼬的研究表明，可以訓(xùn)練有袋類動物遠(yuǎn)離蔗蟾。給它們喂食摻有催吐劑的蟾蜍腿，它們就會把蟾蜍與惡心聯(lián)系起來，學(xué)會避開它們。根據(jù)提茲的說法，無毒的蟾蜍將是更好的訓(xùn)練工具：“如果它們被捕食動物吃了，捕食動物會生病但不致死，這樣捕食動物會想‘我再也不吃蟾蜍了。’”

Photo by National Cancer Institute on Unsplash

在用無毒蟾蜍訓(xùn)練袋鼬或用于其他目的之前，無毒蟾蜍需要獲得各種政府許可。當(dāng)我去拜訪時(shí)，庫珀和提茲還沒有開始著手申請這些許可，但他們已經(jīng)在考慮用其他方法來完善。庫珀認(rèn)為，也許可以對蟾蜍卵上產(chǎn)生凝衣的基因進(jìn)行修改，從而使蟾蜍卵無法受精。

提茲說：“當(dāng)她向我描述這個(gè)想法時(shí)，我當(dāng)時(shí)就覺得‘太棒了! ’ 如果我們能逐步消除它們的生育能力，那堪稱完美?！?/p>

在離無毒蟾蜍幾英尺遠(yuǎn)的地方，“斑點(diǎn)”和“金發(fā)”正坐在自己的水箱里，欣賞著面前的一幅精致的熱帶風(fēng)景圖。它們差不多一歲了，已經(jīng)完全長大且腹部有厚厚的肉卷，就像相撲選手一樣。

“斑點(diǎn)”的皮膚大部分是棕色的，有一條淡黃色的后腿；“金發(fā)”的身上斑點(diǎn)更多，后腿發(fā)白、前肢和胸前有淡淡的斑點(diǎn)。庫珀戴著手套把“金發(fā)”從水箱里拉了出來，她認(rèn)為它 “很漂亮”。它立即在她身上尿尿，似乎不懷好意地笑著。在我看來，只有基因工程師才會喜歡它的臉。

重塑生命的CRISPR技術(shù)

根據(jù)孩子們在學(xué)校學(xué)到的標(biāo)準(zhǔn)版遺傳學(xué)，遺傳像是擲骰子。比方說，一個(gè)人（或一只蛤?。乃赣H那里得到了一個(gè)版本的基因A，從他父親那里得到了這個(gè)基因的競爭版本A1。那么他的任何一個(gè)孩子將有相等幾率繼承一個(gè)A或A1，以此類推。隨著每一代的誕生，A和A1將依據(jù)概率定律傳承下去。

就像學(xué)校里教的其他東西一樣，這個(gè)說法只有一部分是真的。有的基因遵守規(guī)則，有些則不遵守規(guī)則。叛逆的基因會以狡猾的方式選取對自己有利的規(guī)則：干擾競爭基因的復(fù)制、為增加遺傳幾率而多次復(fù)制自己、操縱形成卵子和精子的減數(shù)分裂過程。

這種打破規(guī)則的基因被稱為 “驅(qū)動力”, 即使它們沒有任何適應(yīng)優(yōu)勢或?qū)嶋H增加了適應(yīng)成本，它們被遺傳的概率超過50%，而一些特別利己的基因被遺傳的概率超過90%。據(jù)觀察，驅(qū)動基因潛伏在很多生物中，比如蚊子、面粉甲蟲和旅鼠，如果有人花心思去尋找，還可以在更多的生物中找到它們。最成功的驅(qū)動基因是很難被發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)把其他變異基因驅(qū)趕得無影無蹤了。

自19世紀(jì)60年代以來，生物學(xué)家一直夢想著利用基因驅(qū)動的力量來推動基因。這個(gè)夢想在CRISPR技術(shù)的幫助下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。起源于細(xì)菌的CRISPR技術(shù)在細(xì)菌中發(fā)揮著免疫系統(tǒng)的作用。擁有 “CRISPR位點(diǎn)”的細(xì)菌可以將病毒的DNA片段整合到自己的基因組中，它們利用這些片段來識別潛在的攻擊者，就像打手勢一樣。然后它們釋放與CRISPR相關(guān)的酶(Cas)，這種酶就像小刀子將入侵者關(guān)鍵的DNA切掉，使其喪失功能。

遺傳工程師改造了CRISPR-Cas系統(tǒng)，以編輯任何他們想要的DNA序列。他們還發(fā)現(xiàn)了如何誘導(dǎo)受損序列將外來DNA縫合到自己身上（我的大腸桿菌就是這樣用胞嘧啶代替腺嘌呤的）。由于CRISPR-Cas系統(tǒng)是一個(gè)生物結(jié)構(gòu)，它也有DNA編碼。這是創(chuàng)造基因驅(qū)動的關(guān)鍵。將CRISPR-Cas基因植入生物體，生物體就可以通過編程對自身進(jìn)行基因重編程的任務(wù)。

2015年，哈佛大學(xué)的一群科學(xué)家宣布，他們利用這種自我反射的技巧在酵母中創(chuàng)造了一種合成基因驅(qū)動力 (由一些奶油色和紅色的酵母產(chǎn)生的菌落，在幾代之后都變?yōu)榧t色)。

三個(gè)月后，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員又宣布，他們用了相似的技術(shù)在果蠅中創(chuàng)造了一種合成基因驅(qū)動力（通常果蠅是棕色，而驅(qū)動力推動一種白化病的基因，使其后代變?yōu)辄S色）。七個(gè)月后，圣地亞哥與加州大學(xué)歐文分校的的研究人員一起宣布，他們在攜帶瘧疾的按蚊中創(chuàng)造了一種基因驅(qū)動。

如果說CRISPR擁有“重寫生命分子 ”的能力，那么合成基因驅(qū)動則會使這種能力成倍增加。如果圣地亞哥的研究人員釋放了他們的黃色果蠅，假設(shè)這些蒼蠅在校園的某個(gè)垃圾箱周圍找到了配偶，它們的后代也會是黃色的。假設(shè)這些后代存活下來并成功交配，它們的后代也會是黃色的。從紅木林到灣流水域，這種特性會不可避免地繼續(xù)傳播下去，直到黃色果蠅遍布全國。

而果蠅的顏色并沒有什么特別之處。至少從原理上，任何植物或動物中的任何基因都可以被編成對自己有利的遺傳基因。這包括那些本身已經(jīng)被修改過的基因，或者從其他物種那里借來的基因。例如，有可能設(shè)計(jì)出一種將破損的毒素基因在蔗蟾中傳播的驅(qū)動力。也許有一天能為珊瑚創(chuàng)造出一種耐高溫的基因驅(qū)動力，以抵抗全球變暖。

在一個(gè)合成基因驅(qū)動的世界里，人類與自然、實(shí)驗(yàn)室與野外之間的邊界已變得非常模糊，甚至消失了。在這樣的世界里，人們不僅決定了進(jìn)化發(fā)生的條件，原則上來看人們還可以決定結(jié)果。

第一個(gè)安裝上CRISPR輔助基因驅(qū)動的哺乳動物肯定是老鼠。小鼠是所謂的 “模型生物”。它們繁殖速度快且易于飼養(yǎng)，人們已深入研究其基因組。

保羅·托馬斯是研究老鼠的先驅(qū)。他的實(shí)驗(yàn)室位于阿德萊德的南澳大利亞健康與醫(yī)學(xué)研究所，這是一棟彎曲的建筑，上面覆蓋著尖銳的金屬板 (阿德萊德人稱其為 “奶酪研磨機(jī)”，我覺得它更像一只踝龍)。2012年，當(dāng)?shù)谝黄訡RISPR作為基因編輯工具的論文發(fā)表，托馬斯就認(rèn)識到它可以帶來變革。他告訴我：“我們直接采用了它?！币荒曛畠?nèi)，他的實(shí)驗(yàn)室就利用CRISPR對一只患有癲癇的小鼠進(jìn)行了基因編輯。

當(dāng)?shù)谝黄P(guān)于合成基因驅(qū)動的論文發(fā)表后，托馬斯再次采用了它?！俺鲇趯RISP和老鼠遺傳學(xué)的興趣，我無法抵抗開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的誘惑?！彼f，“我們沒有多少資金，所以是根據(jù)一種油性抹布的氣味來做實(shí)驗(yàn)，而這些實(shí)驗(yàn)是相當(dāng)昂貴的?！弊畛跛幌肟纯茨芊褡屵@項(xiàng)技術(shù)發(fā)揮作用。

據(jù)托馬斯說，當(dāng)他還“只是涉獵 ”這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候，一個(gè)自稱GBIRD的團(tuán)體聯(lián)系了他。這個(gè)縮寫讀作 “gee-bird”，代表著 “入侵性嚙齒動物的基因生物控制”，該組織的理念可以描述為莫羅博士加入“地球之友”環(huán)保組織（注：莫羅博士是是英國作家赫伯特·喬治·威爾斯的創(chuàng)作的長篇小說，創(chuàng)作于1896年。小說講述了普一名叫做莫羅的科學(xué)家，利用自己掌握的科學(xué)知識和科技力量，利用器官移植和變形手術(shù)等一系列驚世駭俗，前所未聞的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)作了新的動物物種）。

其網(wǎng)站上寫著：“和你一樣，我們希望為子孫后代保護(hù)這個(gè)世界，希望是存在的。” 網(wǎng)站上有一張信天翁雛鳥深情地凝視著母親的照片。

GBIRD請托馬斯幫忙設(shè)計(jì)一種非常特殊的老鼠基因驅(qū)動力——抑制驅(qū)動力，用來擊敗自然選擇。它的目的是傳播一種有害的性狀來消滅一個(gè)種群。英國的研究人員已經(jīng)為岡比亞按蚊設(shè)計(jì)了一種抑制驅(qū)動力，目標(biāo)是在非洲放生改造后的蚊子。

托馬斯告訴我，設(shè)計(jì)一種自我抑制的老鼠有多種方法，大多數(shù)都與性有關(guān)。他特別熱衷于“X粉碎者老鼠 ”的想法。和其他哺乳動物一樣，老鼠有兩條決定性別的染色體：XXs是雌性，XYs是雄性。

精子攜帶一條單條染色體X或Y?！癤粉碎者老鼠 ”是指經(jīng)過基因編輯的老鼠，它所有的X型精子都有缺陷?！叭绻阍敢獾脑?，一半的精子失去繁殖能力，”托馬斯解釋說，“它們不能再發(fā)育了，這樣只剩下Y型精子，所以后代都是男性?！?以此類推，把粉碎指令放在Y染色體上，老鼠只生兒子。每一代中，性別不平衡的現(xiàn)象就會越來越嚴(yán)重，直到?jīng)]有雌性可以繁衍后代。

托馬斯說，研究老鼠的基因驅(qū)動工作比他設(shè)想的要慢。不過，他認(rèn)為十年之內(nèi)會有人做出成果。它可能是一個(gè)X粉碎者，也可能是一個(gè)充滿想象的設(shè)計(jì)方案。數(shù)學(xué)模型表明，有效的抑制驅(qū)動力會非常高效，如果在島上放出100只基因驅(qū)動老鼠，幾年內(nèi)它們可以將5萬只普通老鼠的數(shù)量降為零?！斑@很引人注目，”托馬斯說，“這是最好的情況，它是一個(gè)有價(jià)值的目標(biāo)。”

人們常說，我們生活在人類世（18世紀(jì)至今，由于人類活動引起環(huán)境和氣候變化的時(shí)期），這是一個(gè)由人類對地球的影響所定義的新地質(zhì)時(shí)代。這個(gè)新時(shí)代的特征之一是世上嚙齒動物的重新分布。在人類定居或到達(dá)過的地方，都有老鼠的身影，它們往往造成不好的影響。

太平洋鼠曾僅存在于東南亞。大約3000年前開始，出海的波利尼西亞人把它帶到每一個(gè)太平洋的島嶼上。它掀起了一波又一波的破壞，造成上千種鳥類死亡。后來，歐洲殖民者將船鼠帶到這些和許多其他島嶼上，進(jìn)一步加劇了滅絕浪潮，其影響延續(xù)至今。在20世紀(jì)60年代，船鼠到達(dá)了新西蘭的大南角島，當(dāng)時(shí)的博物學(xué)家們目睹了這場屠殺。盡管他們付出了巨大的努力，但島上特有的三個(gè)物種——一種蝙蝠和兩種鳥類還是滅絕了。

家鼠起源于印度次大陸，現(xiàn)在它遍布熱帶至極地附近。根據(jù)《老鼠遺傳學(xué)》的作者李·西爾弗的說法，“只有人類的適應(yīng)能力能和它們相比（有人覺得人類適應(yīng)能力還不如老鼠）”。在合適的環(huán)境下，老鼠也一樣兇猛且同樣致命。位于非洲和南美洲中間的戈夫島，是世界上最后兩千對特里斯坦信天翁的繁殖地。島上安裝的攝像機(jī)記錄了成群的家鼠攻擊信天翁雛鳥并將其生吞活剝的場景。加拿大生物保護(hù)學(xué)家亞歷克斯·邦德曾寫道：“在戈夫島工作就像在鳥類創(chuàng)傷中心工作?！?/p>

過去幾十年來，對付入侵嚙齒類動物的首選武器是溴鼠靈，這是一種誘導(dǎo)內(nèi)出血的抗凝血劑?？梢詫迨箪`加到餌料中，然后由飼養(yǎng)者投放，也可以手持噴灑或從空中投放(先把一個(gè)物種運(yùn)到世界各地，再從直升機(jī)上投毒)。已有數(shù)百個(gè)無人居住的島嶼以這種方式除鼠，這樣的行動幫助許多瀕危物種恢復(fù)生機(jī)，包括新西蘭坎貝爾島一種不會飛的藍(lán)綠色小鴨子和一種灰色的吃蜥蜴的蛇。

從嚙齒類動物的角度來看，溴鼠靈的缺點(diǎn)非常明顯：內(nèi)部出血死亡是緩慢而痛苦的過程。從生態(tài)學(xué)家的角度來看這也有弊端，非目標(biāo)動物經(jīng)常會吃掉誘餌或吃過餌料的嚙齒動物。這樣一來，毒藥會在食物鏈中蔓延開。而如果僅有一只懷孕的老鼠存活下來，它很容易就可以通過繁殖重新占領(lǐng)島嶼。

基因驅(qū)動的老鼠會避免這些問題。影響將是有針對性的，也不會再有流血致死的現(xiàn)象。也許最好的辦法是將基因驅(qū)動嚙齒類動物放在有人居住的島嶼上，顯而易見，從空氣中投放抗凝劑在這里是不受歡迎的。

但往往解決了一個(gè)問題會帶來新的問題，在這種情況下，新問題是更大的?；蝌?qū)動技術(shù)被比作庫爾特·馮內(nèi)古特的 “冰九”（庫爾特·馮內(nèi)古特在《貓的搖籃》中虛構(gòu)的固態(tài)水的變形），一個(gè)碎片就足以凍結(jié)世界上所有的水。類似的，一個(gè)逍遙法外的X粉碎者老鼠恐怕會產(chǎn)生相同的寒蟬效應(yīng)“鼠九”。

為了防范馮尼古特式的災(zāi)難，人們提出了各種自動防故障方案，名稱有殺手救援、多位點(diǎn)分類和雛菊鏈等。所有這些方案都有一個(gè)基本的、充滿希望的前提：需要設(shè)計(jì)出一種有效但不超級有效的基因驅(qū)動力。

這樣的驅(qū)動力可能被設(shè)計(jì)成在幾代之后就會耗盡，或者它可能與一個(gè)基因變異體相連，而這個(gè)基因變異體只限于一個(gè)島上的單一種群。也有人建議，如果一個(gè)基因驅(qū)動力確實(shí)以某種方式變異了，那么可以向世界發(fā)出另一個(gè)以 “Cas9觸發(fā)的鏈?zhǔn)较?”（或追捕序列）為特征的基因驅(qū)動力來追捕它。還有什么出錯的可能性呢？

當(dāng)我在澳大利亞的時(shí)候，我想走出實(shí)驗(yàn)室、走到鄉(xiāng)下去。我想如果能看到北方袋鼬，一定會很有趣。從網(wǎng)上找到的照片中，它們看起來非?？蓯?，有點(diǎn)像迷你獾。但當(dāng)我四處打聽的時(shí)候，我才知道觀察袋鼬需要豐富的專業(yè)知識和大把的時(shí)間。如果能找到那些令它們致死的兩棲動物，就容易找到袋鼬。一天晚上，我和一位名叫林·施瓦茲科普夫的生物學(xué)家一起去獵蟾蜍。

施瓦茲科普夫來自加拿大，是捕蟾陷阱的發(fā)明者之一。因此我們先去她在詹姆斯?庫克大學(xué)的辦公室看一看這個(gè)裝置。那是一個(gè)和烤爐差不多大小的籠子，有扇塑料門。當(dāng)她打開陷阱的小喇叭時(shí)，辦公室里響起了蟾蜍的叫聲。

“即使距離遙遠(yuǎn)，雄性蟾蜍也會被任何聽起來像蟾蜍的東西所吸引，” 她告訴我，“如果它們聽到發(fā)電機(jī)的聲音就會去找它?！?詹姆斯·庫克大學(xué)位于昆士蘭北部，也就是蟾蜍最初被引入的地區(qū)。施瓦茲科普夫覺得我們能在大學(xué)校園內(nèi)找到一些蟾蜍。我們綁上頭燈走到外面。

當(dāng)時(shí)是晚上9點(diǎn)，除了我們兩個(gè)人和一家在附近跳躍的沙袋鼠外，這里已經(jīng)沒有人了。我們在附近徘徊了一會兒，尋找蟾蜍眼中閃爍的危險(xiǎn)光芒。在我開始失望時(shí)，施瓦茨科普夫在樹葉堆里發(fā)現(xiàn)了一只蟾蜍。她一撿起蟾蜍就立即確定它是雌性的。

“它們不會傷害你，除非你讓它們很難受?！?她邊說邊指著像兩個(gè)袋子的蟾蜍毒腺，“這就是為什么你不應(yīng)該用高爾夫球桿打它們。如果你打到腺體，毒液就會噴出來。如果毒液進(jìn)入你的眼睛，你就會失明幾天?！?/p>

我們又在附近逛了一圈。施瓦茨科普夫注意到天氣很干燥，蟾蜍可能缺少水分?！八鼈兿矚g像空調(diào)設(shè)備那樣滴水的東西?！痹谝蛔f溫室附近我們又發(fā)現(xiàn)了兩只蟾蜍，有人最近在這里用水管澆水。施瓦茨科普夫翻開一個(gè)腐爛的、大小和形狀都像棺材的箱子。“找到寶了！”她說道。在大約四分之一英寸的渾水里有數(shù)不清的甘蔗蟾蜍，有些坐在別的蟾蜍身上。我以為它們會試圖逃跑，相反它們只是坐在那里，不受干擾。

拯救錯誤還是加速毀滅？

基因編輯蔗蟾、家鼠和船鼠的最有力的論據(jù)也是最簡單的：還有什么其他選擇呢？這時(shí)的選擇不是在過去和現(xiàn)在之間，而是在現(xiàn)在和將來之間，而現(xiàn)在和將來往往是一無所有。這就是北部袋鼬、坎貝爾島不會飛的藍(lán)綠色小鴨子、安提瓜賽車手灰棕色的蛇和特里斯坦信天翁的情況。如果堅(jiān)持對自然的嚴(yán)格解釋，這些以及成千上萬的其他物種都將消失。在這一點(diǎn)上，拒絕非自然的基因編輯并不能讓自然回歸。

1969年，《全球概覽》的編輯斯圖爾特·布蘭德在聲明中寫道：“我們就像神一樣，也許會做得很好?！弊罱?，為了回應(yīng)正在進(jìn)行的全球轉(zhuǎn)型，布蘭德對他的聲明進(jìn)行了修改：“我們就像神一樣，必須要做好它?！辈继m德與他人一起成立了一個(gè)名為 “復(fù)興與恢復(fù)”的組織，其使命是 “通過拯救基因的新技術(shù)來提高生物多樣性”。在該組織支持的項(xiàng)目中，有一個(gè)致力于復(fù)活候鴿的項(xiàng)目。他們的想法是通過重組這種鳥類的近親帶尾鴿的基因來逆轉(zhuǎn)歷史。

更接近目標(biāo)的是致力于讓美國栗樹復(fù)活的行動。這種樹曾經(jīng)在美國東部很常見，但因板栗枯萎病而徹底滅絕了（枯萎病是1900年前后傳入北美的一種真菌病原體，殺死了近40億棵栗子樹）。紐約雪城環(huán)境科學(xué)和林業(yè)學(xué)院的研究人員創(chuàng)造了一種對枯萎病免疫的轉(zhuǎn)基因栗子樹，其免疫關(guān)鍵是從小麥中植入了一個(gè)基因。因此，這種被認(rèn)為是轉(zhuǎn)基因的樹在未獲得聯(lián)邦許可前不能種植到自然界中。所以這種抗枯萎病的樹苗，目前只能種在溫室和圍墻內(nèi)。

CRISPR目前仍存在爭議。圖源：New Scientist

如提茲所言，我們不斷地將基因轉(zhuǎn)移到世界各地，通常是以整個(gè)基因組的形式。這就是板栗枯萎病最初到達(dá)北美的原因：它是從日本進(jìn)口的亞洲板栗樹上攜帶進(jìn)來的。如果我們可以通過多轉(zhuǎn)移一個(gè)基因來糾正我們先前的悲劇性錯誤，那么我們不應(yīng)該還給美國栗樹這個(gè)人情嗎？擁有“改寫生命分子 ”的能力讓我們有了這項(xiàng)義務(wù)。

當(dāng)然，反對這種干預(yù)的論據(jù)也很有說服力。在“拯救 ”基因的背后，許多改變世界的錯誤行動也來自于這種干預(yù)行為(例如蔗蟾)。為糾正先前的生物干預(yù)而設(shè)計(jì)的生物干預(yù)歷史，就像蘇斯博士的故事《戴帽子的貓回來了》。貓?jiān)谠「桌锍酝甑案夂?，被要求把浴缸清理干凈?/p>

你知道他是怎么做到的嗎？

用媽媽的白裙子!

現(xiàn)在浴缸里變得很干凈了，

但她的衣服變臟了!

20世紀(jì)50年代，夏威夷的農(nóng)業(yè)部決定進(jìn)口有著食人蝸牛之稱的玫瑰色狼蝸，以便控制20年前作為花園裝飾品引入的巨型非洲蝸牛。然而食人蝸牛并不捕食巨型蝸牛，相反它們吃光了幾十種夏威夷特有的小型陸地蝸牛，這就是威爾遜所說的 “滅絕雪崩”。

威爾遜對布蘭德的回應(yīng)是: “我們不是神。我們還沒有足夠的意識和智慧來做任何事情。”

英國作家、活動家保羅·金斯諾斯是這樣說的: “我們就像神一樣，但我們沒有擅長于此. . . .我們是洛基（北歐神話中的惡作劇之神），為了取樂而殺戮美麗。我們是薩圖恩（羅馬神話中的農(nóng)業(yè)之神），吞噬著我們的孩子?！?/p>

他還說過: “有時(shí)什么都不做比有所作為更好，有時(shí)情況恰恰相反?！?/p>

原標(biāo)題：《用基因編輯技術(shù)拯救瀕危物種，是亡羊補(bǔ)牢還是雪上加霜？》

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