这家 CRISPR 初创公司认为猛犸象可以拯救北极。这是对的吗？

哈佛遗传学家乔治·丘奇首次提出利用合成生物学让猛犸象复活，至今已近十年。如今，他逆转历史的想法正在向前推进。

今天，丘奇和软件企业家本·拉姆宣布成立生物技术初创公司 Colossal，种子资金为 1500 万美元。该公司的使命有两个：利用基因编辑技术保护濒危动物（将来还有植物）；利用这些动物重塑北极生态系统，以应对气候变化。

该计划将利用 CRISPR 将已灭绝的猛犸象的 60 多个基因添加到亚洲象的胚胎细胞中，亚洲象是其现存最接近的亲属。Colossal 声称，这两个物种的基因组有 99.6% 是相同的。

2015 年，丘奇的实验室成功地将猛犸象的小耳朵、脂肪组织和蓬松的棕色毛发基因整合到大象皮肤细胞的 DNA 中。丘奇当时告诉《大众科学》杂志：“仅仅改变 DNA 意义不大。我们想读出表型。”

Colossal 将长期资助 Church 的猛犸象研究，同时与北极研究人员合作为野化奠定基础。“我们已经对从西伯利亚回收的猛犸象冷冻组织中的多个基因组进行了测序，”Lamm 向《大众科学》介绍了这家初创公司迄今为止的进展。该团队还对多个亚洲象基因组进行了测序，以比较这两个物种之间的差异。“乔治·丘奇和他的实验室实际上已经确定了构成我们希望表达的表型特征的基因，这些基因使亚洲象成为功能性猛犸象，”Lamm 补充道。但他们的工作才刚刚开始。

如何把大象变成猛犸象

CRISPR/Cas9 于 2011 年首次在噬菌体中发现，是一种能够结合并切割 DNA 链上特定位点的酶。Church 的实验室将把这种快速发展的工具与其他 DNA 编辑酶（如整合酶、重组酶和脱氨酶）配对，将猛犸象的基因拼接到亚洲象中，帮助它适应寒冷的北极，Colossal 表示，这将有助于塑造那里的地貌，从而更好地封存碳。

该团队仍处于这一过程的早期阶段。目前他们正试图让活的亚洲象细胞中表现出猛犸象基因。如果他们成功了，他们将不得不验证这些基因是否与他们想要的特征相对应，首先是在猪和老鼠模型中，然后在大象身上。

丘奇已经证明他的技术可以改变哺乳动物的发育。在 2017 年发表在《科学》杂志上的一项概念验证研究中，他的实验室使用 CRISPR 编辑了猪内源性逆转录病毒的 62 个基因（这是一种可以传播给人类的古老人畜共患感染的残余），并通过体细胞核移植或克隆生产出携带这些基因编辑的活猪。该过程包括从经过基因编辑的体细胞中取出细胞核并将其放入卵细胞中以产生胚胎。

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丘奇正准备在大象身上再次重复这一技巧。但嫁接其他物种的精华与编辑病毒是截然不同的。

“这是乔治和他的团队在过去五年中一直努力的方向，不仅在猪和其他物种的研究中，而且在大象的研究中也是如此，”拉姆说。“对于 Colossal 来说，这是利用他们已经做过的研究。我们并不是这一过程中的新一步。”

如果成功制造出杂交胚胎，它们可以植入大象代孕母象体内，也可以在人造子宫内发育成熟（人造子宫仍在设计中）；拉姆指出，后者可能更适合大规模生产新大象。第一批克隆小象预计将在未来 4 到 6 年内出生。根据亚洲象的生命周期，试点一代还需要 13 年才能达到性成熟。

“这不是一个短时间内就能实现的目标，”拉姆说。“我们公司的目标不仅仅是成功带回一小群猛犸象。我们的目标是成功让猛犸象回归北极。这意味着拥有可以杂交的遗传多样性的大量种群。”

虽然该团队的目标是先培育一小群由 5 头小象组成的猛犸象，以便研究其种群动态，但拉姆估计，他们需要数万头经过 CRISPR 编辑的猛犸象，才能在北极生态系统中达到预期的效果。

从哈佛实验室到崎岖的苔原

尽管第一批杂交大象的诞生还需要几年时间，但 Colossal 已经计划将它们放归野外。该公司希望从限量放生开始：将一小群杂交大象恢复到北极苔原保护区般的生态系统中，那里曾是猛犸象的天下。该团队将与北极野化科学家 Sergey 和 Nikita Zimov 合作，将猛犸象带到位于西伯利亚北部的更新世公园。

1996 年，齐莫夫父子二人组在后院里开展了一次冰河时代实验，开始建造更新世公园。他们引进了野牛、麝牛和野马，让它们在这片 90 平方英里的土地上自由漫步；但他们一直在等待猛犸象的到来。在丘奇的牛群准备好之前，他们用坦克代替它们来铲倒异常的树木。

虽然听起来很像克莱顿，但该保护区让齐莫夫夫妇对北极生态系统有了重大发现，包括其惊人的碳和甲烷储存能力。2006 年，谢尔盖帮助发表了一篇论文，指出西伯利亚永久冻土的碳储量约为 450 亿吨。然而，全球变暖可能会导致这个冰冻池分解并以二氧化碳的形式进入大气层。

“齐莫夫夫妇正在对野化的影响进行大量建模，​​特别是猛犸象和其他物种，”拉姆说。“我们并不是想把猛犸象重新引入到它们原本不属于的地区，在那里它们会与现有物种争夺资源。我们只是把它们恢复到它们曾经生活和繁衍的地点和环境中。”

大约 13,000 年前，猛犸象和其他耐寒的巨型动物在形成猛犸草原生态系统方面发挥了重要作用。猛犸草原是一片广阔的冰川草原，有助于调节世界气候。草不仅能吸收碳，还能通过一种名为反照率效应的现象，形成一种反射太阳光和热的景观。猛犸象和披毛犀等大型动物负责维护土地，践踏灌木丛并连根拔起树木。它们吃草并将营养物质排泄回地面，从而完成草原碳氮循环的闭环。

这种地貌可能比北极树木覆盖的地区更善于储存碳。加州大学戴维斯分校研究人员最近的一项研究发现，草原往往是比森林更可靠的碳封存来源，因为它们受极端高温和火灾的影响较小——这些事件可能会将碳释放回大气中。此外，针叶树冠天生比冰更暗，吸收的光和热比反射的多。

许多专家表示，西伯利亚苔原自冰河时代鼎盛时期以来就失去了光彩。曾经绿色的树梢正在变黄，北极食草动物的多样性正在下降，科学家们正在努力找出原因。Colossal 有一个猜测。该公司在一份声明中表示，猛犸象的灭绝在北极地区造成了一个生态空白，从未被其他物种填补过：剩下的只有支持当地村庄的牦牛和驯鹿群。

濒危大象的第二次生命

在北极以外，Colossal 希望确保他们重新设计的大象能够长久存在。该公司将继续对大象和猛犸象样本进行测序，以确定这两个物种种群中的关键基因，以促进种群多样性。他们希望，这将防止异常突变毁灭整个象群。在 Church 的实验室研究从西伯利亚永久冻土层收集的冷冻猛犸象样本的同时，这家初创公司还资助了脊椎动物基因组计划对亚洲象和非洲象的研究，以深入了解整个大象种群的生物多样性。

Colossal 希望通过基因时光机，让亚洲象和非洲象等濒危物种获得第二次生命。通过创造一种融合了数千年 DNA 的“弗兰肯物种”，Colossal 提出了一种为这些长着长牙的巨型哺乳动物建立活档案的方法。

“如果我们能够通过向亚洲象、非洲象和整个谱系注入其祖先的基因，使其具备在新的生态系统和气候中生存的能力，”拉姆说，“那么我们就有了这个物种延伸的概念，我们拥有的整个生态系统不仅可以从北极草原恢复的角度进行再野化，而且可以从保持该种群和多样性的角度进行再野化。这不仅仅是狩猎和偷猎。其中一部分实际上是与城市化和失去的栖息地竞争。”

如果这一努力有效，Colossal 认为它可以将同样的模型应用于其他物种，例如苏门答腊犀牛。

这是对保护的激进看法。但杰西·雷诺兹等专家对此表示赞同。雷诺兹最近担任加州大学洛杉矶分校法学院埃米特气候变化与环境研究所的研究员。雷诺兹在一封电子邮件声明中写道：“如果环保主义者真的想保护生物多样性，他们就应该克服对生物技术的普遍厌恶。仅仅保护一些土地并希望一切顺利已经不够了。”

但在测试复活灭绝物种时，应该采取一些预防措施。雷诺兹在 4 月发表于《环境可持续性当前观点》的一篇论文中指出，一些“环保合成生物学”可能带来环境风险，管理这些生物技术使用的国内和国际法规都需要更新。根据 2019 年联合国环境规划署的一篇论文，到目前为止，CRISPR 主要应用于受控环境中的小群体生物。2019 年发起的一项针对蚊子进行编辑以控制疟疾的小规模实地研究引发了争论，尽管这些研究对象已被绝育以防止与野生昆虫杂交。

正是出于这样的担忧，拉姆认为从猛犸象入手非常有意义。“我们不会通过基因改造蚊子之类的昆虫，然后将其放归野外，这样我们就无法追踪它们，”他说。“猛犸象这样的物种体型足够大，可以配备无线电和不同的追踪机制，如果出现问题，我们随时可以将其解决。”

设计物种和生态系统是解决办法吗？

正如 Colossal 的启动为 Church 的实验提供了新的助力，该项目的益处仍存在争议。支持该项目的人认为，复活灭绝物种是消除人类错误所必需的；反对该项目的人则认为，复活灭绝物种的努力太少、太迟，而且花招多于实际。

德克萨斯大学奥斯汀分校综合生物学系名誉教授詹姆斯·布尔表示，他认为这项庞大的野化计划没有遭到任何重大反对，但他指出，该计划肯定会存在一些不确定因素，也有许多有趣的科学有待发现。“将一个物种的基因替换为另一个物种的部分基因组可能会遇到许多不相容性问题——从整个基因层面到单个碱基的差异，”他在一封电子邮件中写道。“有研究表明，人类基因可以替代同源酵母基因，因此可能有很多成功途径。但这可能并不简单。”

即使丘奇证明猛犸象可以与亚洲象杂交，阻止杂交物种再次灭绝仍是一个挑战，“无论是极端事件、疾病、不协调的交配行为，还是不良基因，”布尔解释道。一些关于猛犸象灭绝原因的假设包括近亲繁殖、狩猎和气温升高。“作为先例，将野生物种引入新的栖息地和环境往往以失败告终，”布尔写道。

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但 Colossal 打算打持久战，并从可能随之而来的众多失败中吸取教训。拉姆表示，他可以预见该公司将“研究其他物种，以平衡生态系统”，包括可能引入捕食者来控制种群数量。“但这还很遥远，”他补充道。

这家初创公司意识到自己正在踏入一个充满争议的雷区，并计划继续解决人们对灭绝物种复活的质疑。其顾问委员会由生物伦理学家、环保主义者、动物贩运研究人员、大象专家、化学家和遗传学家组成。“我们希望确保我们以最透明和最合乎道德的方式开展这项工作，”拉姆说。“我们希望与公众进行这些对话。”

假设第一代混血象群能够在人造子宫和北极存活下来，“在第一头猛犸象出生后，很可能要过一个多世纪才会形成足够多的种群，对生态造成影响，”布尔写道。“我认为目前还不至于出现负面生态影响，”他继续说道。“这还太遥远了。”

编辑披露： Matt Sechrest 是Popular Science母公司 North Equity 的执行合伙人，也是 Colossal 的投资者。他未参与本文的分配、撰写或编辑。