哺乳動物能否“無限克隆”？1200只小鼠給出回答

圖源：Unsplash / Joshua J. Cotten

導讀：

20多年前，科學家開始嘗試復制一只動物。今天，這一嘗試在第58代停止。

20年，超過3萬次克隆嘗試，1200多只小鼠。這個規模空前的實驗，最終在第58代戛然而止。

3月24日，《自然·通訊》（Nature Communications）發表的一項研究顯示，一個完全由克隆構建的小鼠譜系，在傳至第58代時全部死亡。此前一代（第57代）中存活率已下降至0.6%，而再往前，這些小鼠外表正常、壽命接近自然個體，幾乎看不出異常。[1]

這項研究主要由日本生殖生物學家若山照彥（Teruhiko Wakayama）領導。二十多年前，他曾親手推動小鼠克隆技術走向成熟；如今，他的團隊給出了一個明確的結論：哺乳動物的克隆并不能無限延續。

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“可以無限克隆嗎？”

時間回到2013年。

在一項發表于《細胞-干細胞》（Cell Stem Cell）的研究中，若山團隊成功將同一只小鼠連續克隆了25代，并獲得了500多只個體。[2]

在這一過程中，克隆效率沒有系統性下降，小鼠體重、壽命均在正常范圍，且未觀察到明顯的遺傳或表觀遺傳異常積累。在完成這第25代克隆后，若山團隊認為：“動物克隆或許可以無限進行下去”（it may be possible to reclone animals indefinitely）。

在一次實驗中誕生的九只第20代克隆幼崽（棕色毛發）圖源[2]

理論上，如果DNA異常不發生，表觀遺傳錯誤也不累積，哺乳動物應該能夠通過克隆來維持物種。

無限克隆的愿望并非空想，而是建立在一系列技術突破之上。在若山及同行的研究中，克隆的材料來源也在不斷拓展：從活體組織到冷凍尸體，再到凍干細胞，甚至包括尿液中的細胞。

2008年，他們從在?20°C冷凍長達16年的小鼠尸體中提取細胞核，成功獲得健康的克隆個體。這些樣本沒有任何冷凍保護，所有細胞在解凍后均已死亡，但其基因仍可被重新激活。[3]

-20℃下冷凍16年的小鼠（上）及其克隆小鼠（下）圖源[3]

2022年，若山團隊的研究進一步表明，即使是凍干處理后的體細胞，在細胞全部死亡、DNA損傷顯著增加的情況下，仍然可以通過核移植獲得克隆胚胎，并最終產生健康、可繁殖的小鼠。盡管總體成功率僅約0.02%，但這一結果說明，基因信息在極端條件下仍具有一定的“可恢復性”。[4]

克隆生物的歷史可以追溯到更早。

1997年，克隆羊“多莉”誕生，首次證明了哺乳動物可以由體細胞復制而來。次年，來自美國、日本、意大利和英國的研究人員已經利用成年動物的體細胞核成功獲得了多只健康、可繁殖的雌性小鼠。這標志著克隆技術從個體突破并走向可重復操作。[5]

1998年，在夏威夷大學Ryuzo Yanagimachi實驗室工作期間，若山照彥利用體細胞核移植技術成功克隆出多只小鼠，并建立了一套更穩定、可重復的操作方法。這一方法后來被稱為“檀香山技術”（Honolulu technique），成為多個實驗室的標準流程。[6]

克隆的基本原理并不復雜：將一個體細胞的細胞核移入一個去核的卵細胞中，在適當條件下激活使其發育為胚胎，再植入代孕母體。

理論上，這一過程可以一再重復：用克隆體作為供體，再進行下一代額克隆。

但問題也逐漸顯現。盡管克隆小鼠在外觀和壽命上往往表現正常，但若山團隊注意到一些異常信號：例如，克隆動物常出現胎盤增大等發育異常；克隆成功率長期維持在較低水平（通常為百分之幾）；在部分實驗中會出現染色體缺失等問題。[2,4]

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崩潰的第58代

研究顯示，前25代小鼠均未出現任何異常，但隨后基因突變開始累積。從第27代開始，克隆成功率開始下降；到了第57代，僅有0.6%的個體能夠存活；而第58代克隆小鼠則全部在出生后不久死亡，且沒有明顯的外部異常。

從一只小鼠出發，經過20年、超過3萬次克隆嘗試，累計獲得1200多只克隆小鼠——這個實驗最終在第58代終止。

為什么“無限克隆”會失敗？

研究從分子層面給出了直接解釋：在連續克隆過程中，小鼠基因組中的突變會加速積累，不僅包括點突變，還包括大片段缺失，甚至整條染色體的丟失。而克隆并不存在有性生殖中的基因重組與篩選機制，這些損傷一旦產生，便會在后續代際中被不斷復制和疊加。第58代克隆小鼠的基因組中，突變數量約為正常有性繁殖個體的三倍。研究者將這一過程描述為：突變崩潰（mutational meltdown）。[1]

若山團隊認為，這一結果可以用Muller’s ratchet（穆勒的棘輪）這一經典理論來解釋，即在無性繁殖譜系中有害突變不可避免地會積累，并最終導致突變崩潰和滅絕。

從1998年建立穩定的小鼠克隆方法，到2013年提出“或許可以無限克隆”，再到2026年確認存在明確極限，若山團隊的研究路徑幾乎完整詮釋了這一過程。

長期以來，人們一直不清楚哺乳動物是否像植物和一些低等動物一樣，能夠僅通過克隆繁殖來維持物種的延續。至此，無限克隆從有實驗支持的推測變成了一個被否定的命題。

參考文獻：

[1] https://www.nature.com/articles/s41467-026-69765-7

[2] https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(13)00008-8?

[3] https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.0806166105

[4] https://www.nature.com/articles/s41467-022-31216-4

[5] https://www.nature.com/articles/news980730-1

[6] https://futureofscience.org/veniceconference2005/speakers/wakayamat.htm

來源：賽先生

編輯：ThymolBlue

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