以《侏羅紀(jì)公園》為例淺析基因技術(shù)在瀕臨滅絕生物保護(hù)中的應(yīng)用分析

石成岳

(太原市外國(guó)語(yǔ)學(xué)校,山西太原 030027)

由于生態(tài)環(huán)境惡化、棲息地減少及人類的惡意捕殺等諸多因素,許多本來(lái)常見的動(dòng)物處于瀕臨滅絕的境地,物種多樣性受到極大的威脅。眾所周知,地球是一個(gè)大的生態(tài)系統(tǒng),物種的多樣性與生態(tài)系統(tǒng)維持平衡的穩(wěn)定性是有直接聯(lián)系的,一旦物種多樣性遭到破壞,生態(tài)系統(tǒng)的平衡將很容易被打破。而且物種多樣性從某種意義上而言就是資源多樣性,不同的物種有著不同的直接使用價(jià)值、間接使用價(jià)值和潛在使用價(jià)值,為人類的生活提供不同的資源。因此,保護(hù)物種多樣性,保護(hù)瀕臨滅絕的生物具有重要的意義。基因技術(shù)通過對(duì)生物的基因密碼進(jìn)行破譯研究生物的遺傳多樣性,在對(duì)瀕臨滅絕生物保護(hù)方面發(fā)揮著重要的作用。

1 相關(guān)概念論述

1.1 瀕臨滅絕生物

從科學(xué)角度定義,已滅絕的生物就是過去50年在野外沒有被肯定發(fā)現(xiàn)的生物。顧名思義,瀕臨滅絕生物就是趨于滅絕的生物。

1.2 基因技術(shù)

基因技術(shù)是對(duì)生物的基因密碼進(jìn)行破譯并序列化的技術(shù)。基因(遺傳因子)是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ),是DNA或RNA分子上具有遺傳信息的特定核苷酸序列。只有通過基因的復(fù)制,才能實(shí)現(xiàn)遺傳信息的傳遞,保證后代與親代性狀的相似性。而基因在不同時(shí)間的表達(dá),則幾乎決定著生物體的生、老、病、死等一切生命現(xiàn)象。因此對(duì)基因技術(shù)的研究具有重要的意義。

基因之所以能決定生物體的生命現(xiàn)象,保證不同性狀的表達(dá)很大部分是因?yàn)榛虻亩鄻有?。除了?jiǎn)單生物如單核生物外,大多數(shù)復(fù)雜生物的基因個(gè)數(shù)都比較多,基因的不同排列、表達(dá)方式是基因多樣性的主要原因。而基因技術(shù)的目的就是破譯基因密碼并將其序列化制成研究藍(lán)本,為攻克疑難病癥、從事研究治療提供巨大的幫助,與其他技術(shù)相比有著節(jié)約成本、綠色環(huán)保、保證研究對(duì)象性狀優(yōu)良等明顯優(yōu)勢(shì),現(xiàn)已被廣泛的應(yīng)用在基因鑒定、基因制藥、基因診斷、基因治療、基因克隆等領(lǐng)域。

1.3 物種多樣性

物種多樣性是指動(dòng)物、植物和微生物種類的豐富性,與生態(tài)系統(tǒng)平衡的穩(wěn)定性有著直接的聯(lián)系,如果物種多樣性遭到破壞,可能對(duì)人類的正常生活產(chǎn)生影響。

2 基因技術(shù)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)分析

與自然繁殖及其他技術(shù)相比,基因技術(shù)在保護(hù)瀕臨滅絕的生物方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)：

2.1 易復(fù)制性強(qiáng),保證基因安全性

通過對(duì)生物的基因進(jìn)行采集保管,可以便利的建立生物的“基因庫(kù)”。這不僅有利于對(duì)多種生物的基因進(jìn)行有效管理,而且在需要時(shí)可以迅速對(duì)需要的基因進(jìn)行復(fù)制,即可以利用一個(gè)基因庫(kù)迅速建立另一個(gè)同樣的基因庫(kù)。這降低了基因庫(kù)的不可替代性,保證了基因的安全性。

2.2 可批量培育生物,節(jié)約成本

通過自然繁殖,兩個(gè)親代產(chǎn)生的子代個(gè)體數(shù)有限。而通過基因技術(shù),對(duì)于植物而言,可以利用營(yíng)養(yǎng)繁殖的方式批量培育幼苗;對(duì)于動(dòng)物及微生物而言,則可以通過克隆技術(shù),利用一個(gè)親代個(gè)體的細(xì)胞產(chǎn)生大量相同基因的子代。因此通過基因技術(shù),可以節(jié)約培育子代個(gè)體的時(shí)間,可以在短期內(nèi)得到大量的子代個(gè)體,從而大大節(jié)約成本。

2.3 有利于性狀的改良

通過自然繁殖得到的個(gè)體,隨機(jī)遺傳了親代個(gè)體的性狀,因此既可能體現(xiàn)優(yōu)良性狀,也可能體現(xiàn)劣勢(shì)性狀。而在利用基因技術(shù)培育子代個(gè)體時(shí),可以選擇性狀優(yōu)良、健康狀況良好的個(gè)體作為親代,保證子代個(gè)體性狀的優(yōu)良,提高子代個(gè)體的存活率。如果有需要的話,還可以挑選符合人類價(jià)值需求的個(gè)體作為親代個(gè)體,有目的的增加人類所需性狀。

2.4 有利于物種的多樣性

通過建立生物“基因庫(kù)”,不僅可以保證基因的安全性,而且可以針對(duì)瀕臨滅絕的生物進(jìn)行培育繁殖,性狀改良,避免物種瀕于滅絕,從而保證物種多樣性,維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

3 基因技術(shù)在瀕臨滅絕生物保護(hù)中的應(yīng)用分析

3.1 在瀕臨滅絕動(dòng)物中的應(yīng)用——以《侏羅紀(jì)公園》為例

3.1.1 基因提取技術(shù)的應(yīng)用

對(duì)于瀕臨滅絕的珍稀動(dòng)物而言,基因提取技術(shù)有著重要的意義。只有通過提取瀕臨保護(hù)動(dòng)物的基因,才能對(duì)其基因的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行具體的研究,因此基因提取技術(shù)是通過基因?qū)哟螌?duì)動(dòng)物進(jìn)行保護(hù)的前提。當(dāng)然,基因是“脆弱”的,在進(jìn)行基因提取的過程中,應(yīng)避免使D N A斷裂和降解的各種因素,保證D N A的完整性,而且對(duì)所提取D N A的長(zhǎng)度也是有嚴(yán)格要求的,通常要求得到的片段的長(zhǎng)度不小于100-200kb,只有這樣才能對(duì)動(dòng)物的遺傳信息進(jìn)行比較完全的研究分析。

《侏羅紀(jì)公園1》主要講述了利用一個(gè)努布拉島創(chuàng)造一個(gè)恐龍世界的故事,那么恐龍的時(shí)代據(jù)我們有6500萬(wàn)年之久,科學(xué)家又是通過怎樣的方式提取到恐龍的基因,對(duì)其遺傳信息進(jìn)行研究的呢？通過觀看電影我們知道在《侏羅紀(jì)公園》中,科學(xué)家在進(jìn)行地底挖掘時(shí),發(fā)現(xiàn)了琥珀里面困住的遠(yuǎn)古蚊子,通過蚊子體內(nèi)的血液,提取出恐龍的基因信息,利用這些信息培育繁殖恐龍。

顯然,這對(duì)如何初步進(jìn)行瀕臨滅絕動(dòng)物的保護(hù)是有著啟發(fā)意義的。我們首先應(yīng)該通過不同方式提取瀕臨滅絕動(dòng)物的基因,這是對(duì)瀕臨滅絕動(dòng)物進(jìn)行保護(hù)的必要條件。當(dāng)然了,提取本時(shí)代的動(dòng)物基因要比提取遠(yuǎn)古時(shí)代的恐龍基因要容易的多。

3.1.2 基因鑒定技術(shù)的應(yīng)用

基因鑒定技術(shù)是基因技術(shù)中重要的一環(huán)。正如在《侏羅紀(jì)公園》所說(shuō)：“基因是生命建造之磚,是生命的藍(lán)圖”,一串D N A中包含了生物的無(wú)數(shù)遺傳信息。只有通過對(duì)提取到的基因進(jìn)行鑒定,才能判別這些基因是否分屬于不同物種,還是屬于同種物種下屬的不同門、綱等。

在《侏羅紀(jì)公園》的努布拉島上,生活著各種恐龍,如迅猛龍、腕龍、霸王龍、棘龍等,還有會(huì)飛的翼龍(初龍)。要想對(duì)不同恐龍的基因進(jìn)行針對(duì)性研究,創(chuàng)造出不同種類的恐龍,科學(xué)家顯然需要先對(duì)提取到的基因進(jìn)行相關(guān)鑒定。否則,就無(wú)法重現(xiàn)白堊紀(jì)各種恐龍并存的壯觀景象。

顯然,對(duì)基因進(jìn)行鑒定的過程對(duì)于瀕臨滅絕動(dòng)物的保護(hù)有著重要的意義。我們只有通過對(duì)提取到的基因進(jìn)行基因鑒定,才能判別基因所屬的物種,才能對(duì)瀕臨滅絕的動(dòng)物進(jìn)行分情分類的保護(hù)。

3.1.3 基因測(cè)序技術(shù)的應(yīng)用

基因測(cè)序技術(shù),其實(shí)就是對(duì)D N A序列進(jìn)行測(cè)定的技術(shù)。由生物學(xué)的學(xué)習(xí)我們知道,生物的基因組由A、T、G、C組成,其排列順序的多種多樣也決定了生物遺傳信息的多種多樣。通過對(duì)基因進(jìn)行測(cè)序,可以對(duì)生物的遺傳信息表達(dá)進(jìn)行深入的了解研究,甚至可以進(jìn)一步研究和改造目的基因,轉(zhuǎn)基因技術(shù)就是一個(gè)很好的例子。

恐龍的時(shí)代對(duì)我們現(xiàn)代人而言是久遠(yuǎn)的,提取恐龍的基因就已經(jīng)十分困難,更不必說(shuō)要提取到完整的恐龍基因了。因此,在《侏羅紀(jì)公園》中,科學(xué)家提取到的恐龍基因是殘缺不全的,而要想培育繁殖恐龍,這顯然是一個(gè)必須要克服的難題。在影片的后來(lái),科學(xué)家通過將青蛙的部分基因填補(bǔ)到恐龍基因的殘缺部分解決了這個(gè)問題。在此過程中,基因測(cè)序技術(shù)發(fā)揮了重要的作用。通過基因測(cè)序技術(shù),科學(xué)家才能判定恐龍基因的殘缺部分,并選定滿足需要的青蛙基因部分。

當(dāng)然,通過基因測(cè)序技術(shù)不僅能判定基因的殘缺部分,還能了解遺傳信息的表達(dá)。在影片中,科學(xué)家為了控制恐龍,在創(chuàng)造恐龍基因時(shí)使其缺乏產(chǎn)生賴氨酸的基因,這顯然也是通過基因測(cè)序技術(shù)做到的。通過基因測(cè)序技術(shù),判定決定產(chǎn)生賴氨酸的基因,對(duì)其進(jìn)行改造就可以達(dá)到這個(gè)效果。

由此我們可以得出結(jié)論,基因測(cè)序技術(shù)可以說(shuō)是基因技術(shù)的核心。在保護(hù)瀕臨滅絕動(dòng)物的過程中,只有正確的應(yīng)用基因測(cè)序技術(shù),才能對(duì)動(dòng)物的遺傳信息進(jìn)行深入的研究,甚至改良動(dòng)物基因。

3.1.4 基因克隆技術(shù)的應(yīng)用

提起基因克隆技術(shù)來(lái),相信每個(gè)人都不陌生,因?yàn)榭寺⊙颉岸嗬颉钡膱?bào)導(dǎo),“克隆技術(shù)”的概念變得廣為人知,而且現(xiàn)在基礎(chǔ)教育的生物學(xué)中也大量涉及了植物、動(dòng)物克隆的有關(guān)知識(shí)。通過基因克隆技術(shù),科學(xué)家可以通過外界手段,在體外大量培養(yǎng)生物胚胎,實(shí)現(xiàn)對(duì)生物的批量培育繁殖。在《侏羅紀(jì)公園》中,科學(xué)家通過對(duì)最后的恐龍基因進(jìn)行克隆,得到了數(shù)量巨多的恐龍蛋,“創(chuàng)造”出了種類豐富的恐龍。

當(dāng)然基因克隆技術(shù)的意義遠(yuǎn)不止于此。基因克隆的目的是通過相應(yīng)技術(shù)手段,將目的基因?qū)爰闹骷?xì)胞,在宿主細(xì)胞內(nèi),目的基因被大量的復(fù)制。在上文中我們提到過科學(xué)家提取到的恐龍基因有殘缺,是通過將青蛙的基因填補(bǔ)到恐龍基因的相應(yīng)部分解決問題的,而這正是通過基因克隆技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

因此可以得出結(jié)論,利用基因克隆技術(shù),我們不僅可以批量培育繁殖瀕臨滅絕的動(dòng)物,而且可以對(duì)動(dòng)物的基因進(jìn)行改良,通過將目的基因放入動(dòng)物基因的方式,改良動(dòng)物性狀,提高動(dòng)物的存活率。對(duì)于保護(hù)瀕臨滅絕的動(dòng)物而言,基因克隆技術(shù)的意義是顯而易見的。

3.2 在瀕臨滅絕的植物中的應(yīng)用實(shí)例

熱帶雨林是地球上單位面積生物量和物種量最多的地方,全世界有超過25萬(wàn)種開花植物,其中有六成以上在熱帶雨林,但是現(xiàn)在熱帶雨林正在遭受嚴(yán)重的摧殘。在東南亞熱帶雨林中,河流兩岸的玉林寬度一般不超過100米,外圍全是油棕櫚田。而印度尼西亞和馬來(lái)西亞的熱帶雨林則每年都遭到伐木企業(yè)的砍伐,每到旱季那里的草木都會(huì)遭到焚燒。

熱帶雨林被譽(yù)為“地球之肺”,對(duì)于保護(hù)生物多樣性具有重要的意義,而雨林一旦遭到破壞很難恢復(fù)。植物學(xué)家曾預(yù)言,到2050年,地球上1/4的植物將走向滅絕,如果不對(duì)植物進(jìn)行保護(hù)的話,到21世紀(jì)末,地球上2/3的植物將消失。

認(rèn)識(shí)到這個(gè)問題后,很多發(fā)達(dá)國(guó)家都利用基因技術(shù)建立了植物“基因庫(kù)”,對(duì)植物的基因進(jìn)行采集保管,從而對(duì)瀕臨滅絕的植物進(jìn)行批量培育。通過基因技術(shù),可以對(duì)不同生物的基因進(jìn)行對(duì)比研究,對(duì)植物的性狀進(jìn)行針對(duì)性改良,轉(zhuǎn)基因技術(shù)就是利用基因技術(shù)對(duì)生物性狀改良的實(shí)例。而且利用基因技術(shù)建立的植物“基因庫(kù)”具有方便管理、時(shí)效長(zhǎng)、易復(fù)制等優(yōu)點(diǎn),對(duì)保護(hù)瀕臨滅絕的植物具有極大的益處。

4 基因技術(shù)應(yīng)用前景分析

眾所周知,地球是一個(gè)大的生態(tài)系統(tǒng),而物種多樣性是這個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。但是由于生態(tài)環(huán)境的惡化、棲息地的減少及人類的惡意捕殺等因素,越來(lái)越多的動(dòng)物處于瀕臨滅絕的境地,物種多樣性受到了極大的威脅。如果不對(duì)瀕臨滅絕的物種進(jìn)行保護(hù)的話,一系列物種很快就要滅絕,生態(tài)系統(tǒng)的平衡就要遭到破壞。而通過基因技術(shù)的無(wú)性繁殖技術(shù)、克隆技術(shù),可以高效率、低成本的培育繁殖瀕臨滅絕的生物,有效實(shí)現(xiàn)對(duì)瀕臨滅絕生物的保護(hù)。因此基因技術(shù)在瀕臨滅絕生物保護(hù)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

而且作為二十一世紀(jì)三大科學(xué)工程之一,基因技術(shù)現(xiàn)已被廣泛的應(yīng)用在基因鑒定、基因制藥、基因診斷、基因治療、基因克隆等領(lǐng)域,并發(fā)揮著重要的作用。利用基因技術(shù),可以對(duì)致病基因進(jìn)行研究,通過基因克隆、復(fù)制器官等手段攻克癌癥、艾滋病等絕癥;可以通過基因診斷和改動(dòng)技術(shù)使人類后代不再受遺傳病的影響。由此可知基因技術(shù)對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展也有著深遠(yuǎn)的意義,將會(huì)在各方面得到廣泛的應(yīng)用。

當(dāng)然任何科學(xué)技術(shù)都是一把“雙刃劍”,在給人類社會(huì)帶來(lái)利益的同時(shí),也會(huì)造成潛在的威脅。比如基因藥物,不僅可以治療疾病,還可能影響到人的性格,體魄;克隆技術(shù)如果應(yīng)用到人類的話,將會(huì)對(duì)人類社會(huì)的道德倫理造成巨大的沖擊;很多克隆得到的子代個(gè)體患上了高齡疾病等等。這需要我們對(duì)基因技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究攻克。

[1] 李英芳.在“現(xiàn)代生物技術(shù)專題”中實(shí)施SSI教育的嘗試——以“基因工程專題”為例[J].中學(xué)生物教學(xué),2017,1(2)：13-14.

[2] 田松.科幻電影中的未來(lái)[J].科學(xué)中國(guó)人,2003,1(3)：39-41.

[3] 安鼎杰,康元環(huán),陳龍,張海月,張冬星.CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)在病原微生物中的應(yīng)用[J].中國(guó)人獸共患病學(xué)報(bào),2017,33(3)：280-286.