两个爸爸也能生娃?我国科学家创奇迹

2018-02-22 12:05单少杰
科学大众·小诺贝尔 2018年12期
关键词:生殖细胞小宝宝体细胞

单少杰

善于思考的你一定问过:我是从哪里来的呢?会有人回答:“你是爸爸和妈妈创造出来的。”那么, 为什么一定要有爸爸和妈妈,我们才能被生出来呢?自我界中很多小动物都有爸爸和妈妈,比如小老虎有老虎爸爸和老虎妈妈,小鸟有鸟爸爸和鸟妈妈,为什么这么多动物都要有爸爸和妈妈呢?所有的动物必须有爸爸和妈妈才能出生吗?

1我们为什么有会爸爸妈妈?

这其实是一种叫染色体的小东西在“搞鬼”。染色体身材虽小,作用却大,它们藏在我们的细胞核里。在染色体上有很多基因,我们长什么样子、有什么特点,都是由这些基因决定的。可以说,染色体就是我们身体正常工作的指导手册。

细胞按照功能的不同,可以分为构成我们身体、让我们能正常活动的体细胞和专门负责制造小宝宝的生殖细胞。精子和卯子就是分别属于爸爸和妈妈的生殖细胞。这些体细胞和生殖细胞除了功能不同、长相不同外,它们含有的染色体数量也不同。

在体细胞里,染色体都是成双成对存在的。我们人类的体细胞里有46条染色体,23条来自爸爸,另外23条来自妈妈。当这些体细胞需要复制自己,从一个体细胞变成两个体细胞Bj,染色体也会复制一次,然后再分配进两个小体细胞里,从而保证每个小体细胞都有跟原来一样的染色体数量。

但是,负责生殖的生殖细胞就有点不一样了。在生殖细胞形成的过程中,染色体会复制一次,却要分裂两次,这样形成的生殖细胞就只有体细胞一半的染色体数了。以人为例,我们的生殖细胞在分裂之前,46条染色体会复制一次,变成92条染色体,但随后生殖细胞会分裂两次,也就是从一个生殖细胞变成四个生殖细胞,这样每个生殖细胞就只能分到23条染色体了。

如果这样的生殖细胞直接变成小宝宝,那么小宝宝也就只能有23条染色体了。小宝宝的下一代就只能有11.5条染色体了,不出几代,可能连一个完整的染色体都分不到了!

于是,生命在进化中就产生了规则:爸爸的生殖细胞必须得跟妈妈的生殖细胞相遇,并且融合成一个细胞。来自爸爸的23条染色体和来自妈妈的23条染色体一起组成完整的46条染色体,小宝宝也就能拥有跟爸爸妈妈一样的染色体数了。虽然来自爸爸和来自妈妈的生殖细胞要融合在一起,过程比较麻烦,但可以同时获得爸爸和妈妈的优点,让我们更强大。

2如果妈妈找不到爸爸,怎么办?

不过,在地球上,有的动物妈妈不遇不到动物爸爸,那它的生殖细胞可能没机会跟雄性的生殖细胞融合,这个妈妈这辈子都没机会有自己的宝宝了。不过,这些妈妈没有向大自然低对,它们要想办法自己生!

前面说过,动物必须有爸爸和妈妈,是因为它们的生殖细胞在形成的过程中,染色体复制了一次,但细胞分裂了两次,导致生殖细胞只有体细胞一半数量的染色体。因此,有的动物妈妈决定少分裂一次,像体细胞—样,也保留正常的染色体数量。它们的生殖细胞在第一次分裂之后停下了,变成了一个有正常染色体数量的生殖细胞。然后,这个生殖细胞继续分化,生出的小宝宝也就有了正常数量的染色体。

此外,也有的动物妈妈发现,生殖细胞只有跟别的细胞融合了才能恢复染色体数量,既然找不到来自爸爸的生殖细胞融合,但可以让它的其他细胞跟我的生殖细胞融合!于是,它们的生殖纽胞虽然经过了两次分裂,形成了四个小生殖细胞,但它们在之后把两个小生殖细胞又融合在了一起,变成了—个有正常染色体数量的生殖细胞。这样的生殖细胞发育成的小宝宝也就有正常数量的染色体了。

还有的动物妈妈更绝,它们直接就让一个分裂后只有一半染色体数量的生殖细胞发育成小宝宝。嗯?你可能会说这样生出来的小宝宝染色体数量也只有一半,没法继续生小宝宝呀!没错,但动物妈妈们相信它们自己会找到解决的办法。

这种不需要爸爸、只要有妈妈就能完成的生育方式叫“孤雌生殖”,不过孤雌生殖—般只发生在特别低等的动物里,比曼口蛾子、蝴蝶、蚜虫或者一些软骨鱼,在高等动物里很少见。

3爸爸也能生娃啦?

既然妈妈可以孤雌生殖,那么爸爸可以孤雄生殖吗?可以,但是很罕见。因为爸爸的生殖细胞要想发育成一个小宝宝,有两道过不去的坎。

一是爸爸的染色体上有一些被“打了标记”的基因。这些标记的作用就是告诉未来的小宝宝,你可是由爸爸的基因发育来的,所以一定要尽可能长得身强力壮,不能给爸爸丢脸。它们发育得过于强壮,像失控的程序一样,根本等不到出生就死了。二是爸爸的生殖细胞实在是太瘦小了,除了一个小脑袋和—条长尾巴外,几乎就没有别的了,这使得精子没有足够的营养来独立发青成后代。

为了能让精子也能独自发育生小宝宝,我国上海生化细胞所一位叫李劲松的科学家和中国北京动物所—位叫周琪的科学家借助现代生物技术的力量,创造了—种叫作“孤雄单倍体干细胞”的神奇细胞。这种细胞既可以像胚胎干细胞—样拥有超强的多能断口分化潜力,又像生殖细胞—样只有—套染色体。简单地说,它就像是一个可以无限分裂的精子。当然,出于实验手段和伦理的限制,他们选择了小老鼠作为实验对象。

首先,他们将一个老鼠妈妈的卯细胞的细胞核去掉,然后在细胞核的位置塞进了一个老鼠爸爸的精子。这时,卵子的细胞质就会对细胞核位置上的精子启动一个叫“重编程”的过程。这个过程会恢复精子里各种基因的表达能力,让这个精子变成“孤雄单倍体干细胞”。不过,这时候精子的染色体上还有很多前面提到的被“打了标记”的基因,只要它们存在,小老鼠就不能健康地发育,怎么办呢?科学家们又使用了一种叫作“基因编辑”的技术。这种技术允许科学家们人为删除、關闭一些基因,让这些基车不再发挥功能。经过多次尝试,科学家们最终删除、关闭了7个基因,才让这个“孤雄单倍体干细胞”能正常发育。最后,科学家把这个改造之后的细胞跟一个精子一起注射到一个新的去除了细胞核的卵细胞中,让它自然地发育成一个小胚胎,再把这个胚胎移植到一个正常的老鼠妈妈的子宫里,让它继续发育成小宝宝。这样,一个完全来自两个老鼠爸爸的小老鼠就诞生了。

这个技术一经报道就引起了广泛的关注,虽然小鼠存活的时间非常短,但是这也让人们看到了技术的进步、科技的力量。

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