2026年3月，日本山梨大學(xué)的一間實(shí)驗(yàn)室里，幾只剛出生的小鼠在籠子里躺了不到一天，全部死了。

外表完全正常。沒(méi)有畸形，沒(méi)有明顯的病變。研究人員也說(shuō)不清死因是什么。

這些小鼠是第58代克隆鼠。

從同一只供體小鼠出發(fā)，克隆出來(lái)的再克隆，克隆出來(lái)的再克隆，一代接一代，連續(xù)復(fù)制了58次。

干這件事的科學(xué)家是若山照彥和若山清香夫婦，山梨大學(xué)。

從2005年開(kāi)始，花了20年，做了30947次核移植操作，就為了回答一個(gè)問(wèn)題：

克隆能不能一直克隆下去？

答案現(xiàn)在有了，不能。

可為什么？

故事得從1996年講起。

那一年，一只叫多莉（Dolly）的綿羊在蘇格蘭出生了。

她是人類第一只用成年體細(xì)胞克隆出來(lái)的哺乳動(dòng)物。

操作原理說(shuō)起來(lái)不復(fù)雜：把一只6歲母羊乳腺細(xì)胞的細(xì)胞核取出來(lái)，塞進(jìn)另一只羊的卵細(xì)胞里，這個(gè)卵細(xì)胞自己的核已經(jīng)被提前抽掉了。然后讓這個(gè)“拼裝”過(guò)的卵細(xì)胞重新發(fā)育成一個(gè)完整的胚胎。這個(gè)技術(shù)叫體細(xì)胞核移植。

多莉不僅活下來(lái)了，還長(zhǎng)大了，這件事自然成了全球新聞。

然后，1999年，一個(gè)檢測(cè)結(jié)果讓所有人緊張起來(lái)。

多莉當(dāng)時(shí)才3歲，她的端粒比同齡羊短了大約20%。端粒是染色體末端的一段保護(hù)性DNA序列，每次細(xì)胞分裂都會(huì)縮短一點(diǎn)，縮到一定程度細(xì)胞就沒(méi)法繼續(xù)分裂了。

下圖展示各年齡綿羊與多莉的端粒條帶位置：

多莉（6LL3）的條帶與6歲供體乳腺組織高度重合，而非落在同齡1歲羊的位置，證明她“繼承”了6歲細(xì)胞的端粒長(zhǎng)度。

于是有了一個(gè)很好懂的解釋，她用的是一個(gè)6歲細(xì)胞的核，所以她的細(xì)胞“以為”自己已經(jīng)6歲了。端粒從一開(kāi)始就比別人短。

如果這個(gè)邏輯成立，那后果很清楚?？寺?dòng)物天生就帶著縮短的端粒，克隆的克隆會(huì)更短，再克隆還會(huì)更短。無(wú)限克??？不可能。因?yàn)槎肆？傆杏猛甑囊惶臁?/p>

2003年，多莉在6歲7個(gè)月的時(shí)候因?yàn)檠蚍蜗倭霾。⊿PA）被安樂(lè)死。在那之前，她還被診斷出了膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎?！翱寺?dòng)物注定早衰”，這個(gè)說(shuō)法在那幾年幾乎成了公眾常識(shí)。

下圖為多莉的標(biāo)本，現(xiàn)陳列于愛(ài)丁堡蘇格蘭國(guó)家博物館 。

但這個(gè)說(shuō)法后面翻車了。

2016年，英國(guó)諾丁漢大學(xué)的一支團(tuán)隊(duì)公布了一組體檢結(jié)果。

被檢查的是4只克隆羊，名叫Debbie、Denise、Dianna和Daisy（下圖這4只），它們來(lái)自跟多莉完全相同的細(xì)胞系。檢查的時(shí)候，它們已經(jīng)7到9歲了。

結(jié)果血糖正常，血壓正常，胰島素敏感性正常，關(guān)節(jié)X光片正常。沒(méi)有任何加速衰老的跡象。

2017年，另一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)把多莉的骨骼遺骸翻出來(lái)，重新做了一次影像學(xué)評(píng)估。

下表中記錄了多莉（6歲）、Bonnie（9歲）、Megan（13歲）、Morag（4歲）四只羊各關(guān)節(jié)的骨關(guān)節(jié)炎X光評(píng)分，總分隨年齡遞增。

最年輕的Morag最低（2–3分），最年長(zhǎng)的Megan最高（18–20分），多莉的13–18分完全落在她年齡對(duì)應(yīng)的位置上。

更關(guān)鍵的是，Bonnie是多莉自然受孕的親生女兒、不是克隆，她9歲的總分（23–28分）反而比多莉更高，直接說(shuō)明關(guān)節(jié)退化是年齡效應(yīng)，而非克隆的后果。

結(jié)論是她的關(guān)節(jié)炎程度跟同齡的、正常繁殖的綿羊沒(méi)有顯著差異。也就說(shuō)，當(dāng)年那個(gè)“多莉因?yàn)榭寺∷躁P(guān)節(jié)提前退化”的判斷，很可能被夸大了。

端粒呢？后來(lái)在牛、豬等多個(gè)物種上做的克隆實(shí)驗(yàn)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，核移植過(guò)程中端?？梢员患?xì)胞自身的機(jī)制重新延長(zhǎng)。多莉的端?？s短更像是一個(gè)個(gè)例，或者跟綿羊這個(gè)物種的特殊性有關(guān)，不是克隆技術(shù)的通病。

端粒不是瓶頸，克隆動(dòng)物也不是注定早衰。那真正的瓶頸在哪里？

2000年，若山照彥第一次嘗試連續(xù)克隆小鼠。到了第6代，情況已經(jīng)很慘了：1000多次操作，活了1只。然后那只幼鼠被代孕母鼠吃掉了。

問(wèn)題出在一個(gè)很具體的地方。卵細(xì)胞接收了外來(lái)的細(xì)胞核之后，需要把這個(gè)核重新激活，讓它從一個(gè)已經(jīng)分化的成年細(xì)胞狀態(tài)回到胚胎發(fā)育的起點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程每做一次核移植都可能出錯(cuò)。雖然基因本身沒(méi)變，但哪些基因該開(kāi)、哪些該關(guān)的調(diào)控信號(hào)會(huì)亂。

2006年，若山團(tuán)隊(duì)找到了一種藥物TSA（曲古抑菌素A），加在培養(yǎng)基里，能幫助卵細(xì)胞更好地完成這個(gè)激活過(guò)程。效率一下子提高了五六倍。

有了這個(gè)工具，他決定從頭來(lái)過(guò)，看看到底能連續(xù)克隆多少代。

2013年，若山在《Cell Stem Cell》雜志上發(fā)表了一篇論文。

從2005年算起，那只供體小鼠已經(jīng)被連續(xù)克隆了25代，總共生出581只健康的克隆鼠。每一只都能正常生育，壽命大約兩年，跟普通實(shí)驗(yàn)室小鼠沒(méi)有區(qū)別。

更關(guān)鍵的是，克隆的成功率沒(méi)有隨著代次下降。2013年的數(shù)據(jù)指向一個(gè)結(jié)論，也許真的可以無(wú)限克隆下去。

若山選擇了繼續(xù)下去。

成功率在第26代達(dá)到了最高點(diǎn)，15.5%。然后，從第27代開(kāi)始，一條沒(méi)人預(yù)料到的下降曲線出現(xiàn)了（下表）。

數(shù)字從兩位數(shù)往下掉，掉進(jìn)個(gè)位數(shù)，繼續(xù)掉。到第57代，只剩0.6%。第58代，就是文章開(kāi)頭那幾只小鼠，全部在出生次日死亡。

20年的時(shí)間里，30947次核移植，大約1200只克隆鼠。這條從2005年延續(xù)至今的克隆系，終止在了第58代。

若山團(tuán)隊(duì)從不同代次的克隆鼠身上取了10個(gè)樣本，做了全基因組測(cè)序。作為對(duì)照，他們還測(cè)了另外兩組小鼠。這些小鼠也傳了60代，但走的是正常路線，兄妹之間交配繁殖。

結(jié)果每傳一代，克隆鼠的基因組里就多出大約70個(gè)新的單堿基變異。正常有性繁殖的小鼠，每代大約22個(gè)。克隆的突變速率，大約是自然繁殖的3倍。

下圖，各代克隆鼠的累積突變數(shù)柱狀圖：

藍(lán)色（雜合）和橙色（純合）堆疊柱，從G1到G57逐代升高，最右側(cè)是60代同胞交配對(duì)照組（矮得多）。

小鼠的基因組有大約25億個(gè)堿基對(duì)。70個(gè)堿基的改變分散在25億個(gè)位點(diǎn)里，大部分落在不影響任何功能的區(qū)域。單個(gè)堿基的變異本身還不至于致命。真正致命的是另一類損傷。

從第25代到第45代之間，基因組里開(kāi)始密集出現(xiàn)一種完全不同量級(jí)的變異：大段的染色體斷裂后拼到了錯(cuò)誤的位置（易位），一整塊DNA直接消失（缺失）。4號(hào)染色體幾乎整條丟光，缺失了1.47億堿基對(duì)。有個(gè)體甚至丟掉了整條X染色體。

前面說(shuō)的70個(gè)堿基變異，改的是單個(gè)字母。這些結(jié)構(gòu)性損傷動(dòng)的是整段整段的染色體。

到了第57代，一只克隆鼠的基因組里累計(jì)了大約30個(gè)直接讓基因報(bào)廢的突變，另外還有大約50個(gè)讓基因雖然還在工作但產(chǎn)物已經(jīng)變形的突變。其中一個(gè)基因，被兩段緊挨著的缺失前后夾擊，徹底喪失了功能。研究者推測(cè)，這類關(guān)鍵基因的喪失疊加上高水平的背景突變，可能超過(guò)了生存的閾值。

而端粒呢？測(cè)了，從第6代測(cè)到第55代。完全正常。

殺死這條克隆系的，跟端粒沒(méi)有任何關(guān)系?；蚪M是在一代一代的無(wú)性復(fù)制中，被結(jié)構(gòu)性的損傷一點(diǎn)一點(diǎn)拆散的。

如果無(wú)性復(fù)制積累的損傷是不可逆的，有性繁殖能不能把它救回來(lái)？若山做了一個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

他讓第55代的雌性克隆鼠跟普通的公鼠交配。這些克隆鼠自己的生育能力已經(jīng)很差了，平均每窩只能生約2只幼鼠，正常小鼠大約能生10只。

可是這些幼鼠長(zhǎng)大以后再互相交配，孫輩的每窩幼鼠數(shù)回升到了7只（下圖右側(cè)Offspring柱回升到7.0）。

只經(jīng)過(guò)了兩輪正常的有性繁殖，生育力就恢復(fù)了一大半。

這是怎么做到的？

生殖細(xì)胞在形成的時(shí)候，不是簡(jiǎn)單地把親代的基因組原封不動(dòng)地傳下去。

來(lái)自父方和母方的兩套染色體先配對(duì)，互相交換片段，相當(dāng)于洗一次牌，然后分開(kāi)，各走一邊。每個(gè)生殖細(xì)胞最終只拿到一半的基因組，受精的時(shí)候兩個(gè)半份重新拼成一份完整的。

這個(gè)過(guò)程做了兩件事。表面上，它制造了遺傳多樣性，讓每個(gè)后代都跟親代不完全一樣。更關(guān)鍵的功能藏在底下：質(zhì)檢。

如果親代的基因組里積攢了一堆有害突變，洗牌會(huì)把這些突變重新分配。有些胚胎運(yùn)氣不好，分到了特別多的壞牌，它們?cè)诎l(fā)育早期就活不下來(lái)。有些胚胎運(yùn)氣好，分到的壞牌比較少，能活下來(lái)。

經(jīng)過(guò)這么一輪篩選，活下來(lái)的后代的基因組質(zhì)量，就比親代干凈了一截。

若山還做了一個(gè)更極端的測(cè)試。他拿第53代克隆鼠的卵子，不讓它受精，直接刺激它自己發(fā)育，看看一個(gè)嚴(yán)重受損的基因組在沒(méi)有外援的情況下能走多遠(yuǎn)。

結(jié)果沒(méi)有一個(gè)能正常發(fā)育（看到下圖的0了嗎）?；蚪M損傷已經(jīng)嚴(yán)重到完全無(wú)法獨(dú)立支撐發(fā)育了。

雖然單獨(dú)靠自己已經(jīng)不行了，但如果用正常公鼠的精子給同一批卵子受精，大約五分之一的胚胎能正常發(fā)育。

正常精子帶來(lái)的那一半健康基因組，加上重組和篩選，讓一部分胚胎活了下來(lái)。雖然不是全部，但足以讓這個(gè)血脈延續(xù)下去。

若山在論文里總結(jié)：這是首次在哺乳動(dòng)物中通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到，純粹的無(wú)性繁殖系統(tǒng)因?yàn)橥蛔兊牟豢赡胬鄯e而走向終結(jié)。

1964年，遺傳學(xué)家赫爾曼·穆勒（Hermann Muller）提出過(guò)一個(gè)理論預(yù)測(cè)：

在沒(méi)有基因重組的種群里，有害突變只會(huì)越攢越多，不會(huì)減少，因?yàn)闆](méi)有機(jī)制把它們清除出去。這就像一個(gè)只能往一個(gè)方向轉(zhuǎn)的棘輪，每一格都回不了頭。最終，整個(gè)種群的基因組質(zhì)量會(huì)持續(xù)下降，直到崩潰。

這個(gè)預(yù)測(cè)叫"穆勒棘輪"（Muller's ratchet）。

六十多年來(lái)，它一直只是一個(gè)數(shù)學(xué)模型。若山的58代克隆鼠，第一次在真實(shí)的哺乳動(dòng)物身上看到了它轉(zhuǎn)動(dòng)的全過(guò)程。

說(shuō)到這里，有一個(gè)著名的反例。

蛭形輪蟲(chóng)，一類微小的淡水動(dòng)物，化石記錄至少可以追溯到3500萬(wàn)年前。

從被發(fā)現(xiàn)的那天起，沒(méi)有人見(jiàn)過(guò)雄性個(gè)體，沒(méi)有任何有性生殖的痕跡，基因組結(jié)構(gòu)也跟有性生殖的動(dòng)物完全不同。它們被叫做“進(jìn)化的丑聞”（evolutionary scandal），因?yàn)榘凑绽碚摚唤慌涞膭?dòng)物不可能活這么久。

2022年，一個(gè)轉(zhuǎn)折出現(xiàn)了。

當(dāng)年（2000年）用分子證據(jù)證明蛭形輪蟲(chóng)是無(wú)性繁殖的那個(gè)人，哈佛大學(xué)的梅塞爾森（Matthew Meselson），他自己的實(shí)驗(yàn)室發(fā)表了一篇新論文。你可以理解為，自己推翻自己……

他們?cè)谝粋€(gè)蛭形輪蟲(chóng)物種里發(fā)現(xiàn)了與兼性有性繁殖完全吻合的遺傳信號(hào)。

也就是說(shuō)，它們很可能一直在交配，只是頻率極低，低到幾十年沒(méi)人抓到過(guò)。

雖然這個(gè)結(jié)論目前只覆蓋了一個(gè)物種，其他蛭形輪蟲(chóng)的情況還不確定，但至少，最著名的“不交配也能活”的案例，地基已經(jīng)開(kāi)始松了。

說(shuō)到底，哺乳動(dòng)物維護(hù)基因組的辦法就一個(gè)：得交配。

為什么有限定是哺乳動(dòng)物？

因?yàn)橛行﹦?dòng)物，比如科莫多龍、新墨西哥鞭尾蜥、某些鯊魚(yú)，都能孤雌生殖。

之所以能，是因?yàn)橹饕绰炎釉诎l(fā)育之前有沒(méi)有洗牌。

這些動(dòng)物的卵細(xì)胞走了正常的減數(shù)分裂：兩套染色體配對(duì)，互相交換片段，洗牌確實(shí)發(fā)生了，只是最后不等精子，自己把染色體數(shù)補(bǔ)回來(lái)。洗牌做了，質(zhì)檢也做了，拿到太多壞牌的胚胎照樣被淘汰。只不過(guò)兩套基因組都來(lái)自同一個(gè)母親，沒(méi)有外來(lái)的新牌。

若山對(duì)第53代克隆鼠做的孤雌實(shí)驗(yàn)不是這種。他是化學(xué)激活卵子，直接把基因組翻倍，沒(méi)有洗牌，沒(méi)有質(zhì)檢，所有突變一步到位全變純合。所以0%。

哺乳動(dòng)物還多一道鎖：基因組印記。有些基因只有從父親那里拿到的才會(huì)開(kāi)啟，從母親那里拿到的永久關(guān)閉。缺了父源基因組，胚胎從根上就發(fā)育不了。

所以，哺乳動(dòng)物走不通孤雌生殖。

參考文獻(xiàn)

[1]Wakayama S, Ito D, Inoue R, et al. Limitations of serial cloning in mammals[J]. Nature Communications, 2026, 17(1): 2495.

[2]Wilmut I, Schnieke A E, McWhir J, et al. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells[J]. Nature, 1997, 385(6619): 810-813.

[3]Shiels P G, Kind A J, Campbell K H S, et al. Analysis of telomere lengths in cloned sheep[J]. Nature, 1999, 399(6734): 316-317.

[4]Sinclair K D, Corr S A, Gutierrez C G, et al. Healthy ageing of cloned sheep[J]. Nature communications, 2016, 7(1): 12359.

[5]Corr S A, Gardner D S, Langley-Hobbs S, et al. Radiographic assessment of the skeletons of Dolly and other clones finds no abnormal osteoarthritis[J]. Scientific Reports, 2017, 7(1): 15685.

[6]Kubota C, Tian XC, Yang X. Serial bull cloning by somatic cell nuclear transfer. Nature Biotechnology 22, 693–694 (2004).

[7]Kurome M, Fujimura T, Murakami H, et al. Production efficiency and telomere length of the cloned pigs following serial somatic cell nuclear transfer. Journal of Reproduction and Development 54, 254–258 (2008).

[8]Wakayama T, Shinkai Y, Tamashiro K L K, et al. Ageing: Cloning of mice to six generations[J]. Nature, 2000, 407(6802): 318-320.

[9]Kishigami S, Mizutani E, Ohta H, et al. Significant improvement of mouse cloning technique by treatment with trichostatin A after somatic nuclear transfer[J]. Biochemical and biophysical research communications, 2006, 340(1): 183-189.

[10]Muller H J. The relation of recombination to mutational advance[J]. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 1964, 1(1): 2-9.

[11]Maynard Smith J. Evolution: contemplating life without sex[J]. Nature, 1986, 324(6095): 300-301.

[12]Mark Welch DB, Meselson M. "Evidence for the evolution of bdelloid rotifers without sexual reproduction or genetic exchange." Science. 2000;288(5469):1211–1215.

本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自動(dòng)物行星（ID：AnimalOnEarth），如需二次轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者。歡迎轉(zhuǎn)發(fā)到朋友圈。

點(diǎn)個(gè)“小愛(ài)心”吧