以《侏羅紀公園》為例淺析基因技術在瀕臨滅絕生物保護中的應用分析

石成岳

(太原市外國語學校,山西太原 030027)

由于生態環境惡化、棲息地減少及人類的惡意捕殺等諸多因素,許多本來常見的動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,地球是一個大的生態系統,物種的多樣性與生態系統維持平衡的穩定性是有直接聯系的,一旦物種多樣性遭到破壞,生態系統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值、間接使用價值和潛在使用價值,為人類的生活提供不同的資源。因此,保護物種多樣性,保護瀕臨滅絕的生物具有重要的意義。基因技術通過對生物的基因密碼進行破譯研究生物的遺傳多樣性,在對瀕臨滅絕生物保護方面發揮著重要的作用。

1 相關概念論述

1.1 瀕臨滅絕生物

從科學角度定義,已滅絕的生物就是過去50年在野外沒有被肯定發現的生物。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

基因技術是對生物的基因密碼進行破譯并序列化的技術?；?遺傳因子)是遺傳的物質基礎,是DNA或RNA分子上具有遺傳信息的特定核苷酸序列。只有通過基因的復制,才能實現遺傳信息的傳遞,保證后代與親代性狀的相似性。而基因在不同時間的表達,則幾乎決定著生物體的生、老、病、死等一切生命現象。因此對基因技術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象,保證不同性狀的表達很大部分是因為基因的多樣性。除了簡單生物如單核生物外,大多數復雜生物的基因個數都比較多,基因的不同排列、表達方式是基因多樣性的主要原因。而基因技術的目的就是破譯基因密碼并將其序列化制成研究藍本,為攻克疑難病癥、從事研究治療提供巨大的幫助,與其他技術相比有著節約成本、綠色環保、保證研究對象性狀優良等明顯優勢,現已被廣泛的應用在基因鑒定、基因制藥、基因診斷、基因治療、基因克隆等領域。

1.3 物種多樣性

物種多樣性是指動物、植物和微生物種類的豐富性,與生態系統平衡的穩定性有著直接的聯系,如果物種多樣性遭到破壞,可能對人類的正常生活產生影響。

2 基因技術應用優點分析

與自然繁殖及其他技術相比,基因技術在保護瀕臨滅絕的生物方面有著明顯的優勢：

2.1 易復制性強,保證基因安全性

通過對生物的基因進行采集保管,可以便利的建立生物的“基因庫”。這不僅有利于對多種生物的基因進行有效管理,而且在需要時可以迅速對需要的基因進行復制,即可以利用一個基因庫迅速建立另一個同樣的基因庫。這降低了基因庫的不可替代性,保證了基因的安全性。

2.2 可批量培育生物,節約成本

通過自然繁殖,兩個親代產生的子代個體數有限。而通過基因技術,對于植物而言,可以利用營養繁殖的方式批量培育幼苗;對于動物及微生物而言,則可以通過克隆技術,利用一個親代個體的細胞產生大量相同基因的子代。因此通過基因技術,可以節約培育子代個體的時間,可以在短期內得到大量的子代個體,從而大大節約成本。

2.3 有利于性狀的改良

通過自然繁殖得到的個體,隨機遺傳了親代個體的性狀,因此既可能體現優良性狀,也可能體現劣勢性狀。而在利用基因技術培育子代個體時,可以選擇性狀優良、健康狀況良好的個體作為親代,保證子代個體性狀的優良,提高子代個體的存活率。如果有需要的話,還可以挑選符合人類價值需求的個體作為親代個體,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”,不僅可以保證基因的安全性,而且可以針對瀕臨滅絕的生物進行培育繁殖,性狀改良,避免物種瀕于滅絕,從而保證物種多樣性,維持生態系統的平衡。

3 基因技術在瀕臨滅絕生物保護中的應用分析

3.1 在瀕臨滅絕動物中的應用——以《侏羅紀公園》為例

3.1.1 基因提取技術的應用

對于瀕臨滅絕的珍稀動物而言,基因提取技術有著重要的意義。只有通過提取瀕臨保護動物的基因,才能對其基因的結構和功能進行具體的研究,因此基因提取技術是通過基因層次對動物進行保護的前提。當然,基因是“脆弱”的,在進行基因提取的過程中,應避免使D N A斷裂和降解的各種因素,保證D N A的完整性,而且對所提取D N A的長度也是有嚴格要求的,通常要求得到的片段的長度不小于100-200kb,只有這樣才能對動物的遺傳信息進行比較完全的研究分析。

《侏羅紀公園1》主要講述了利用一個努布拉島創造一個恐龍世界的故事,那么恐龍的時代據我們有6500萬年之久,科學家又是通過怎樣的方式提取到恐龍的基因,對其遺傳信息進行研究的呢？通過觀看電影我們知道在《侏羅紀公園》中,科學家在進行地底挖掘時,發現了琥珀里面困住的遠古蚊子,通過蚊子體內的血液,提取出恐龍的基因信息,利用這些信息培育繁殖恐龍。

顯然,這對如何初步進行瀕臨滅絕動物的保護是有著啟發意義的。我們首先應該通過不同方式提取瀕臨滅絕動物的基因,這是對瀕臨滅絕動物進行保護的必要條件。當然了,提取本時代的動物基因要比提取遠古時代的恐龍基因要容易的多。

3.1.2 基因鑒定技術的應用

基因鑒定技術是基因技術中重要的一環。正如在《侏羅紀公園》所說：“基因是生命建造之磚,是生命的藍圖”,一串D N A中包含了生物的無數遺傳信息。只有通過對提取到的基因進行鑒定,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,還有會飛的翼龍(初龍)。要想對不同恐龍的基因進行針對性研究,創造出不同種類的恐龍,科學家顯然需要先對提取到的基因進行相關鑒定。否則,就無法重現白堊紀各種恐龍并存的壯觀景象。

顯然,對基因進行鑒定的過程對于瀕臨滅絕動物的保護有著重要的意義。我們只有通過對提取到的基因進行基因鑒定,才能判別基因所屬的物種,才能對瀕臨滅絕的動物進行分情分類的保護。

3.1.3 基因測序技術的應用

基因測序技術,其實就是對D N A序列進行測定的技術。由生物學的學習我們知道,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。通過對基因進行測序,可以對生物的遺傳信息表達進行深入的了解研究,甚至可以進一步研究和改造目的基因,轉基因技術就是一個很好的例子。

恐龍的時代對我們現代人而言是久遠的,提取恐龍的基因就已經十分困難,更不必說要提取到完整的恐龍基因了。因此,在《侏羅紀公園》中,科學家提取到的恐龍基因是殘缺不全的,而要想培育繁殖恐龍,這顯然是一個必須要克服的難題。在影片的后來,科學家通過將青蛙的部分基因填補到恐龍基因的殘缺部分解決了這個問題。在此過程中,基因測序技術發揮了重要的作用。通過基因測序技術,科學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。

當然,通過基因測序技術不僅能判定基因的殘缺部分,還能了解遺傳信息的表達。在影片中,科學家為了控制恐龍,在創造恐龍基因時使其缺乏產生賴氨酸的基因,這顯然也是通過基因測序技術做到的。通過基因測序技術,判定決定產生賴氨酸的基因,對其進行改造就可以達到這個效果。

由此我們可以得出結論,基因測序技術可以說是基因技術的核心。在保護瀕臨滅絕動物的過程中,只有正確的應用基因測序技術,才能對動物的遺傳信息進行深入的研究,甚至改良動物基因。

3.1.4 基因克隆技術的應用

提起基因克隆技術來,相信每個人都不陌生,因為克隆羊“多莉”的報導,“克隆技術”的概念變得廣為人知,而且現在基礎教育的生物學中也大量涉及了植物、動物克隆的有關知識。通過基因克隆技術,科學家可以通過外界手段,在體外大量培養生物胚胎,實現對生物的批量培育繁殖。在《侏羅紀公園》中,科學家通過對最后的恐龍基因進行克隆,得到了數量巨多的恐龍蛋,“創造”出了種類豐富的恐龍。

當然基因克隆技術的意義遠不止于此。基因克隆的目的是通過相應技術手段,將目的基因導入寄主細胞,在宿主細胞內,目的基因被大量的復制。在上文中我們提到過科學家提取到的恐龍基因有殘缺,是通過將青蛙的基因填補到恐龍基因的相應部分解決問題的,而這正是通過基因克隆技術實現的。

因此可以得出結論,利用基因克隆技術,我們不僅可以批量培育繁殖瀕臨滅絕的動物,而且可以對動物的基因進行改良,通過將目的基因放入動物基因的方式,改良動物性狀,提高動物的存活率。對于保護瀕臨滅絕的動物而言,基因克隆技術的意義是顯而易見的。

3.2 在瀕臨滅絕的植物中的應用實例

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25萬種開花植物,其中有六成以上在熱帶雨林,但是現在熱帶雨林正在遭受嚴重的摧殘。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西亞的熱帶雨林則每年都遭到伐木企業的砍伐,每到旱季那里的草木都會遭到焚燒。

熱帶雨林被譽為“地球之肺”,對于保護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。植物學家曾預言,到2050年,地球上1/4的植物將走向滅絕,如果不對植物進行保護的話,到21世紀末,地球上2/3的植物將消失。

認識到這個問題后,很多發達國家都利用基因技術建立了植物“基因庫”,對植物的基因進行采集保管,從而對瀕臨滅絕的植物進行批量培育。通過基因技術,可以對不同生物的基因進行對比研究,對植物的性狀進行針對性改良,轉基因技術就是利用基因技術對生物性狀改良的實例。而且利用基因技術建立的植物“基因庫”具有方便管理、時效長、易復制等優點,對保護瀕臨滅絕的植物具有極大的益處。

4 基因技術應用前景分析

眾所周知,地球是一個大的生態系統,而物種多樣性是這個系統正常運轉的前提。但是由于生態環境的惡化、棲息地的減少及人類的惡意捕殺等因素,越來越多的動物處于瀕臨滅絕的境地,物種多樣性受到了極大的威脅。如果不對瀕臨滅絕的物種進行保護的話,一系列物種很快就要滅絕,生態系統的平衡就要遭到破壞。而通過基因技術的無性繁殖技術、克隆技術,可以高效率、低成本的培育繁殖瀕臨滅絕的生物,有效實現對瀕臨滅絕生物的保護。因此基因技術在瀕臨滅絕生物保護方面具有廣闊的應用前景。

而且作為二十一世紀三大科學工程之一,基因技術現已被廣泛的應用在基因鑒定、基因制藥、基因診斷、基因治療、基因克隆等領域,并發揮著重要的作用。利用基因技術,可以對致病基因進行研究,通過基因克隆、復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技術使人類后代不再受遺傳病的影響。由此可知基因技術對人類社會的發展也有著深遠的意義,將會在各方面得到廣泛的應用。

當然任何科學技術都是一把“雙刃劍”,在給人類社會帶來利益的同時,也會造成潛在的威脅。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;克隆技術如果應用到人類的話,將會對人類社會的道德倫理造成巨大的沖擊;很多克隆得到的子代個體患上了高齡疾病等等。這需要我們對基因技術進行進一步的研究攻克。

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

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

[3] 安鼎杰,康元環,陳龍,張海月,張冬星.CRISPR/Cas9基因編輯技術在病原微生物中的應用[J].中國人獸共患病學報,2017,33(3)：280-286.