冷冻动物园如何努力防止物种灭绝

A small fish is caught on a frozen lake near Bucharest as cold winter temperatures hit southern Romania February 3, 2014. REUTERS/Bogdan Cristel (ROMANIA - Tags: ENVIRONMENT SOCIETY) - GM1EA231T7N01
Reproductive cells are stored at -196°C to provide a back up of endangered life on Earth.Image: REUTERS/Bogdan Cristel
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在墨累-达令流域已知的四十六种鱼类中,有二十六种四十六种鱼类被列为稀有或受威胁物种。该标志性河流系统近期发生的鱼类大量死亡,无情地提醒我们,事情可能多么迅速地急转直下急转直下。

种群数量的骤减可能将一个物种推向灭绝,但复活或许仍有希望。冷冻动物园保存着濒危物种的遗传物质,并准备在灭绝发生时培育新的个体。

遗憾的是,过去冷冻保存的效果不佳,阻碍了鱼类被引入冷冻动物园。如今,新技术或许能为鱼类提供安全的保存途径。

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冷冻动物园,又称生物样本库或冷冻样本库,保存着来自濒危物种的冷冻保存细胞或“冷冻”细胞。冷冻动物园的主要目的,是为地球上的濒危生命提供备份,使我们能够让已灭绝的物种重获新生。

精子、卵母细胞(卵子)和胚胎等生殖细胞被冷却至-196ºC,此时所有细胞功能都会暂停。需要取样时,细胞会被复温,并用于繁育计划以培育新个体,或用于研究其DNA,以确定与其他物种的遗传关系。

澳大利亚有多个冷冻保存设施,包括澳大利亚冷冻动物园(我工作的地方)、CryoDiversity Bank和伊恩·波特澳大利亚野生动物生物样本库,以及私人收藏。这些冷冻样本库保护着澳大利亚一些最独特的野生动物,包括大耳袋兔、金色袋狸和黄足岩袋鼠,以及黑犀牛和猩猩等其他外来物种。

在国际上,冷冻动物园正在携手合作,建立一座冷冻组织的“诺亚方舟”。冷冻方舟项目该项目成立于2004年,位于诺丁汉大学,目前在全球22个设施中保存着超过5,000个物种。

Image: 《人口与可持续性杂志》

对鱼类的关爱不足

随着越来越多的物种进入冷冻动物园,鱼类面临被排除在外的风险。尽管经过多年研究,鱼卵或胚胎在冷冻保存后尚无长期存活的报告。然而,在发育中胚胎或成年鱼类的卵巢或睾丸中发现的、被称为生殖原细胞(gonial cells)的精子和卵子前体细胞,已在多个物种中成功保存,包括褐鳟、虹鳟、丁鲹和虾虎鱼。

通过冷冻这些前体细胞,我们现在拥有了一种可行的鱼类遗传物质保存方法,但与精子和卵子不同,这些细胞尚未成熟,无法以此形式用于繁育后代。

为了将这些细胞转化为精子和卵子,它们被移植到代理鱼体内。供体细胞被注入代理鱼体内,在那里它们遵循周围细胞发出的指令,这些指令告诉它们何时何地以及如何形成精子或卵子。

代理鱼达到性成熟后,便可交配并产下后代,这些后代是供体细胞最初采集自的濒危物种的直系后裔。在某种意义上,我们是在劫持代理物种的生殖生物学。通过选择繁殖力强的代理鱼,我们实际上可以“大规模生产”濒危物种的精子和卵子,从而可能产生比其在自身寿命内所能繁育的更多的后代。

细胞代孕已在鲟鱼、虹鳟和斑马鱼中取得成功。

冷冻保存与代孕相结合的保护方法前景广阔,但迄今为止,仅在一种濒危物种上成功应用,即东北细鳞鲑。

并非保护的万能法宝

冷冻动物园“现在储存,以后拯救”的策略听起来简单,但遗憾的是并非如此。从冷冻组织中繁育许多物种所需的方法仍在研发之中,可能需要数年时间才能完善。维护冷冻收藏以及开发复活方法的成本,可能会挪用本可用于预防性保护工作的资金。

即便复活灭绝物种是可能的,也可能存在问题。澳大利亚的自然环境正在不断变化——气温波动,栖息地发生改变,新的捕食者和疾病不断被引入。灭绝是未能适应这些变化的结果。将一个物种重新放归到导致其灭亡的同一恶劣环境中,或许是徒劳无功的。我们如何确保重新放归的动物能够在它们可能已不再适应的环境中繁衍生息?

减少人类对自然环境的影响,并积极保护受威胁物种,将远比在它们消失后试图使其复活要容易得多。以墨累-达令流域为例,扭转已造成的破坏,并制定确保其长期保护的政策,将需要濒危物种可能没有的时间。

冷冻动物园是一份保险,我们并不希望动用它。但如果我们在与灭绝的斗争中失败,我们会庆幸在有机会时对冷冻动物园进行了投资。

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