現(xiàn)代生物技術(shù)：中華鱘的諾亞方舟

◎ 文 |吳冠宇 制圖 | 李雨瀟 編輯 | 任紅

現(xiàn)代生物技術(shù)，為更加科學(xué)地開展中華鱘物種保護(hù)工作提供了可能性和可行性。即使在未來(lái)極端情況下，DNA科技也能為中華鱘找到延續(xù)物種的出路。

科研人員正在觀測(cè)剛孵化的中華鱘幼苗 攝影/黎明

魚大也愁嫁

四月的長(zhǎng)江，因?yàn)橐粋€(gè)古老的魚類而備受關(guān)注。一年一度的中華鱘放流在宜昌市胭脂園長(zhǎng)江珍稀魚類放流點(diǎn)舉行，500尾人工繁殖的子二代中華鱘在這里進(jìn)入長(zhǎng)江，開始踏上回歸海洋的旅程。與往年非常不同的一點(diǎn)是，在今年的放鱘梯隊(duì)里，放流的30尾2009年子二代中華鱘和30尾2011年子二代中華鱘均為雄魚，提高了此次放鱘梯隊(duì)中雄性的比例。

此次放流為什么要加大雄性中華鱘的比例？中國(guó)三峽集團(tuán)中華鱘研究所水生態(tài)修復(fù)研究室副主任姜偉博士給我們做出了回答，根據(jù)往年科研調(diào)查的數(shù)據(jù)顯示，2003至2004年葛洲壩下中華鱘產(chǎn)卵群體雌雄性別比例接近6∶1；2008年在葛洲壩下產(chǎn)卵場(chǎng)所捕撈的科研用魚中，中華鱘的雌雄比例接近7∶1。2008年后農(nóng)業(yè)部不再次批準(zhǔn)中華鱘科研捕撈，直到2015年。但2015年，長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所未捕到中華鱘親本，因此未能獲得最新的中華鱘數(shù)據(jù)。但根據(jù)2008年至今中華鱘種群生存狀態(tài)和生存環(huán)境的趨勢(shì)，可以推斷中華鱘雌雄比例失衡的現(xiàn)象還在持續(xù)加大。

在種群數(shù)量龐大的物種中，雄性和雌性如此大的比例差距所導(dǎo)致的影響或許是可以通過(guò)龐大的基數(shù)來(lái)彌補(bǔ)；但在對(duì)于中華鱘來(lái)說(shuō)，卻并非如此。

每年夏季的6至8月份，接近性成熟的中華鱘會(huì)在此時(shí)進(jìn)入長(zhǎng)江口進(jìn)行溯河生殖洄游，于次年10至11月達(dá)到葛洲壩下江段產(chǎn)卵繁殖。雄性中華鱘會(huì)通過(guò)追逐和親密接觸來(lái)刺激雌性產(chǎn)卵部位，促使雌性排卵，然后雄性中華鱘再排出精液對(duì)魚卵進(jìn)行受精。

據(jù)姜偉博士介紹，每年返回到葛洲壩下產(chǎn)卵場(chǎng)參與繁殖的中華鱘不到100尾。我們按7∶1的雌雄比例計(jì)算，可以得知洄游到此參與繁殖的雄性是極少的。這就會(huì)影響到雌魚排卵和魚卵受精的結(jié)果。這對(duì)于中華鱘的繁殖和延續(xù)所產(chǎn)生的影響會(huì)是極大的，甚至是具有致命性打擊的。

此次放流加大了大型雄性中華鱘的比例，就是為了調(diào)節(jié)中華鱘種群的雌雄比例。并且此次選擇放流的大型雄性中華鱘是2009、2011年人工繁殖的子二代，一般雄性中華鱘成熟期約需要9年，也就是說(shuō)此次放流的雄性中華鱘馬上就要進(jìn)入成熟期了，很快能夠參與繁殖。這給中華鱘自然繁殖產(chǎn)卵送去一些希望。

爸爸去哪兒了

在自然環(huán)境中，確實(shí)存在一些物種的雌雄性別比例不是1∶1的。比如，對(duì)海象來(lái)說(shuō)，生女兒同生兒子的比例就是3∶1；在獅群中，雄獅數(shù)量會(huì)少于雌獅。還有一種情況也可能導(dǎo)致動(dòng)物性別比例失調(diào)，并且在魚類中比較多見，即為性逆轉(zhuǎn)，典型要數(shù)黃鱔。黃鱔從剛剛孵化的幼鱔到成鱔都是雌性的，直到產(chǎn)卵后，卵巢逐漸轉(zhuǎn)化為精巢，黃鱔就變?yōu)樾坌粤?。另外，外源激素也可以起到性逆轉(zhuǎn)作用，在魚的性腺發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期用甾類激素進(jìn)行喂養(yǎng)，是可以得到單性種群的。

中華鱘7∶1的差距如此巨大的雌雄性別比例，是否屬于上述情況呢？

對(duì)即將放流的中華鱘進(jìn)行內(nèi)窺鏡性別檢測(cè) 攝影/黎明

據(jù)中華鱘研究所物種保護(hù)科學(xué)組組長(zhǎng)杜合軍博士介紹，因?yàn)橹腥A鱘不具備第二性征，所以無(wú)法從外表上判斷其性別。早些年，由于技術(shù)手段的缺乏和不成熟，對(duì)于中華鱘的性別鑒定是比較困難的，主要是通過(guò)捕撈后解剖中華鱘觀察性腺對(duì)其進(jìn)行性別鑒定。上世紀(jì)80、90年代，就是通過(guò)這種方法曾經(jīng)獲得中華鱘雌雄性別比例的調(diào)查結(jié)果，為1∶1。

后來(lái)，隨著技術(shù)發(fā)展，B超和激素手段開始應(yīng)用于中華鱘的性別鑒定，但是這類常規(guī)手段存在有一定局限性，它無(wú)法準(zhǔn)確鑒定低齡階段中華鱘的性別。這兩年，中華鱘研究所自行研發(fā)了中華鱘早期內(nèi)窺鏡性別鑒定技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)將性別鑒定從原來(lái)的8至10齡以上III期性腺階段提前到5齡以下性腺發(fā)育II期階段。也就是說(shuō)，以前要等中華鱘長(zhǎng)到8至10歲我們才能知道它的性別，而現(xiàn)在不到五歲的中華鱘，我們也可以知道它的性別了。通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)，中華鱘研究所對(duì)此次準(zhǔn)備放流的2012年以前的中華鱘全部進(jìn)行了性別鑒定，雌雄性別比例比較正常，接近1∶1。

另外，通過(guò)中華鱘研究所自1982年成立以來(lái)這么多年的觀察監(jiān)測(cè)結(jié)果，中華鱘的性征很穩(wěn)定，不會(huì)像黃鱔或某些魚類一樣發(fā)生變化。

那么對(duì)于自然環(huán)境里中華鱘性別比例失衡的現(xiàn)象，杜合軍博士解釋，雄性中華鱘的成熟期需要大約9年，能洄游到長(zhǎng)江產(chǎn)卵場(chǎng)的成年雄性中華鱘可能還需要時(shí)日，再加上雌性中華鱘的平均壽命明顯長(zhǎng)于雄性，在物種資源衰退的過(guò)程中就有可能會(huì)出現(xiàn)明顯的雌雄比例失衡現(xiàn)象。另外，這種失衡現(xiàn)象的產(chǎn)生還很有可能是由于長(zhǎng)江水體污染物對(duì)中華鱘親魚的性腺發(fā)育、自然繁殖受精卵的孵化和幼鱘的發(fā)育造成了影響。

中華鱘雌雄性別比例發(fā)生了巨大的失衡，是物種資源的衰退、生存環(huán)境的惡化等多種原因?qū)е碌摹Ｈ绻@種雌雄比例失衡的現(xiàn)象沒有得到有效改善，葛洲壩下產(chǎn)卵場(chǎng)里有魚無(wú)卵的現(xiàn)象將遲早會(huì)到來(lái)。繁殖季節(jié)，由于雄性中華鱘的缺失，雌魚們歷經(jīng)千難萬(wàn)險(xiǎn)溯流而上卻是趕來(lái)赴了一場(chǎng)孤獨(dú)的約會(huì)。

只有鱘媽媽，也可以嗎

如果長(zhǎng)江中的雄性中華鱘比例一直下降，我們只能獲得雌性中華鱘，面對(duì)這種極端的情況，中華鱘的繁殖要怎么辦，這個(gè)物種還能延續(xù)嗎？

為了解決只有單一雌性中華鱘的繁殖難題，杜合軍博士提出了應(yīng)對(duì)的技術(shù)手段——單雌性繁殖技術(shù)。何為單雌性生殖？單雌性生殖也稱孤雌生殖，即卵子不經(jīng)過(guò)正常精子受精也能發(fā)育成正常個(gè)體的生殖方式。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是不需要雄性個(gè)體，僅僅通過(guò)雌性也可以繁殖。

中華鱘是兩性生殖的魚類，在自然條件下單一雌性或單一雄性都不能繁殖后代，需要雌性和雄性親魚共同參與才能完成繁殖。而實(shí)際上中華鱘雌雄個(gè)體都具有單獨(dú)繁殖后代的潛力，但這需要借助一定的生物技術(shù)手段才能實(shí)現(xiàn)。

我們熟知人類的性別決定是XY型，女性染色體組成為XX，男性為XY，人類后代的性別取決于只含有X的卵細(xì)胞和含有X或含有Y的精子的結(jié)合。說(shuō)白了就是后代的性別取決于男性精子中攜帶的染色體。

中華鱘研究所物種保護(hù)學(xué)科組 攝影/黎明

目前杜合軍博士帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)基本探明了中華鱘是ZW型性別決定，也就是雌性個(gè)體的染色體組成為ZW，雄性為ZZ。這種組成類型與人類不同。后代的性別會(huì)是由雌性個(gè)體產(chǎn)生的含有Z或者含有W的卵子來(lái)決定的。那么用雌性中華鱘來(lái)做單性繁殖，孕育出來(lái)的后代中華鱘就會(huì)有雄性有雌性，其下一代的繁殖就可以實(shí)現(xiàn)正常的雌雄兩性繁殖。

激活中華鱘的卵子，可以用到其他魚種遺傳滅活后的精子。所謂遺傳滅活的精子，也就是遺傳物質(zhì)已經(jīng)失去活性，不具有傳遞給后代、參與后代遺傳組成的能力，但仍保留其生理上刺激卵子發(fā)育的能力。這樣，卵子受到激發(fā)后孕育出的個(gè)體不攜帶來(lái)自父系的遺傳物質(zhì)，其遺傳物質(zhì)全部來(lái)自母系。因此，就不用擔(dān)心父系遺傳物質(zhì)污染造成孕育出的魚苗是中華鱘與其他魚類雜交后的結(jié)果。

針對(duì)中華鱘雌多雄少的現(xiàn)狀，除了單雌性繁殖，中華鱘精子超低溫冷凍保存和凍精授精也可以一定程度上解決這個(gè)問(wèn)題，并且還可以模擬中華鱘自然環(huán)境中多條雄魚與一條雌魚受精，從而增加后代的遺傳多樣性。

在面對(duì)無(wú)法獲得雄性中華鱘的極端情況下，這種單雌性生殖以及中華鱘精子超低溫冷凍保存和凍精授精對(duì)延續(xù)中華鱘物種有著重要的意義。

現(xiàn)代生物技術(shù)還能些做什么

除了應(yīng)對(duì)雌雄比例失調(diào)的單雌性繁殖外，很多現(xiàn)代生物技術(shù)，為更加科學(xué)地開展中華鱘物種保護(hù)工作提供了可能性和可行性。即使在未來(lái)極端情況下，DNA科技也能為中華鱘找到延續(xù)物種的出路。比如，中華鱘研究所正在進(jìn)行的中華鱘人工種群遺傳管理、細(xì)胞和精子超低溫保存與中華鱘組織、核酸等離體種質(zhì)資源庫(kù)的建設(shè)等。

目前，中華鱘研究所養(yǎng)殖有國(guó)內(nèi)親本遺傳多樣性最豐富的中華鱘人工種群。如何建立高效的核心繁殖群體？如何有效避免近親繁殖配對(duì)造成苗種質(zhì)量下降？中華鱘人工種群遺傳管理為此提供了有效的解決辦法。

每尾中華鱘親魚都植有用于個(gè)體識(shí)別的電子芯片。通過(guò)分子檢測(cè)技術(shù)對(duì)每個(gè)個(gè)體的遺傳特征進(jìn)行鑒別后，建立能夠展現(xiàn)人工群體個(gè)體間親疏關(guān)系的遺傳譜系。這個(gè)遺傳譜系就好比中華鱘的“家譜”。再結(jié)合每個(gè)個(gè)體的生物學(xué)特征建立系統(tǒng)的管理檔案，用于指導(dǎo)人工繁殖核心群體的建設(shè)及苗種繁殖配對(duì)策略，對(duì)人工種群實(shí)施科學(xué)化管理。

根據(jù)遺傳管理體系，在人工繁殖時(shí)就可以選擇親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的個(gè)體組成多遺傳多樣性的核心繁殖群體。這樣既可避免人工種群繁殖出現(xiàn)近親繁殖或不當(dāng)操作造成的迅速衰退，也能提高中華鱘人工繁殖魚苗的質(zhì)量，對(duì)中華鱘進(jìn)行“優(yōu)生優(yōu)育”。

中華鱘離體細(xì)胞超低溫保存，是中華鱘物種保護(hù)中離體保護(hù)的一種方式。自然情況下，個(gè)體物種所攜帶的生物信息、遺傳信息會(huì)伴隨其生命周期的結(jié)束而消失，但通過(guò)超低溫保存的細(xì)胞可以存活上千年時(shí)間。一支筷子粗細(xì)的冷凍管中可以保存成千上萬(wàn)的細(xì)胞，這些活細(xì)胞可以在出現(xiàn)無(wú)法獲取中華鱘活體的極端情況下，不僅用于替代個(gè)體進(jìn)行保護(hù)和相關(guān)科學(xué)研究，還可以復(fù)蘇這些保存的細(xì)胞，再結(jié)合細(xì)胞克隆、借腹生子等現(xiàn)代生物技術(shù)來(lái)復(fù)活中華鱘?？梢哉f(shuō)保存一個(gè)細(xì)胞就相當(dāng)于長(zhǎng)久地保存了一個(gè)中華鱘的個(gè)體，保存一管細(xì)胞就相當(dāng)于保存了一個(gè)群體。

中華鱘種質(zhì)資源庫(kù)，由精子庫(kù)、細(xì)胞庫(kù)、組織庫(kù)、DNA庫(kù)、標(biāo)本庫(kù)構(gòu)成。比如，精子庫(kù)適用于雌魚成熟了而缺乏成熟雄魚的問(wèn)題；DNA庫(kù)保存了不同批次中華鱘的DNA，通過(guò)一定的生物技術(shù)手段再與后代中華鱘的DNA進(jìn)行混合，可以實(shí)現(xiàn)中華鱘遺傳多樣性恢復(fù)和增加的可能性；另外，還可以利用DNA數(shù)據(jù)庫(kù)，判斷人工放流的魚苗是否具有野生中華鱘的洄游屬性。在面對(duì)中華鱘繁殖和保護(hù)問(wèn)題時(shí)，種質(zhì)資源庫(kù)的建立能讓曾經(jīng)在中華鱘研究所生活過(guò)的中華鱘都為此或多或少做出自己的貢獻(xiàn)。

現(xiàn)代生物技術(shù)為中華鱘保護(hù)增加了一道道保障。但光靠技術(shù)和保護(hù)機(jī)構(gòu)是不足以阻擋這個(gè)物種被人類活動(dòng)滅絕的腳步。

世界自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）瀕危物種紅色名錄中物種保護(hù)級(jí)別有9類，從最高級(jí)別往下，分別是滅絕（EX）、野外滅絕（EW）、極危（CR）、瀕危（EN）、易危（VU）、近危（NT）、無(wú)危（LC）、數(shù)據(jù)缺乏（DD）、未評(píng)估（NE）。中華鱘被列入2012年瀕危物種紅色名錄極危（CR）。同一份名錄上，大家熟悉的國(guó)寶大熊貓是瀕危（EN）。2016年時(shí)世界自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）瀕危物種紅色名錄，不再把大熊貓列為瀕危物種，降為易危（VU），這是集齊了整個(gè)國(guó)家的力量、甚至是國(guó)際力量共同努力的結(jié)果。

中華鱘作為水生生物，它的保護(hù)工作與陸地生物的保護(hù)工作相比要更復(fù)雜，也更有難度。這就更加需要全社會(huì)各界的力量，包括政府、科研機(jī)構(gòu)、環(huán)保組織、普通民眾在內(nèi)，一起攜手齊心共同參與到保護(hù)中華鱘這項(xiàng)工作中來(lái)，并且從多個(gè)方面為中華鱘保護(hù)做出實(shí)質(zhì)性的幫助和貢獻(xiàn)，才能留住這個(gè)物種。