精子形状够特别,科学家们脑洞大,用它们做的实验更奇葩。下面就来扒一扒。
精子的外观奇特,而科学家用它们做了很奇特的实验。其中的一些成就从生物学角度上看似是不可能的。下面就是10个这样的实验。
10 排出雉科精子的家鸡。
一个雄性个体永远无法确定他是他孩子的亲生父亲。(即使DNA鉴定有时候也会出错。)但有一件事可以值得他信赖。那肯定就是,从他自己的dick射出的精子,一定带有他自己的基因,对吧。然而,科学,却连这点安心感都排除了。在实验室里,目前已经可以创造出一种叫做“种系嵌合体”的动物。这类动物含有两套细胞,每一套都各自拥有一套DNA。第一套构成了该动物体的绝大部分,另外一套位于睾丸中的细胞却负责形成精子。
这在禽类动物中相当容易实现。首先,从移植胚胎中提取出形成精子的细胞,然后把它们注射到另一只胚胎的血流中。当这第二只胚胎生长时,被给予的那部分细胞会自然到达发育的睾丸中。在一段时期后该禽类动物性成熟时,便会排出由第一只胚胎基因形成的精子。
这个途径使得大量奇特的实验成为可能。其中一个实验中,科学家把雉的细胞移植到鸡的睾丸中,当这些鸡与雌性雉交配时,它们的一些后代是完全正常的雉。换句话说,当初排精来形成这些后代的那些鸡跟这些后代基因上是完全不相关的。科学家还通过同样方法把鸡的精子植入鸭的体内。一旦当他们把鸭的精子植入雉的体内,一切或许会(通过动物间交配)绕一整个圈,或者是一整个三角关系。
9 从死亡袋鼠身上收集精液
在自然界中,雄性动物通常是将精液射入雌性动物体内的。在实验室中,能够证实它们把精子射入另外的地方。一个强有力的技术称作电激射精。此过程中,电流通过动物的直肠释放。电刺激引起动物排精。1965年,科学家在野生袋鼠身上做了试验。首先,他们射杀了袋鼠。其后有四步:把死掉的动物体放平,手动展开其阴茎,向其肛门内插入一根探针,深入约23厘米(9英寸),好,放电。
对于大多数物种,并不需要先杀死它们。1975年,科学家在活体袋鼠上做了试验。这次过程相当糟糕。首先,整个过程对动物来说创伤性太大。其次,他们几乎没排出任何精液。如果科学家把袋鼠麻醉了,结果就好一些。可是仍然不如直接杀死他们来的有效。简直太古怪了,死了的袋鼠产生的精液竟然是最多的。
还有个令人失望的事实是,无论哪种条件,精液本身质量都不高。它所含的精子细胞并不多,基本是些精浆,也就是包含着精细胞的那部分粘稠的液体。不过通过研究精浆,科学家还是确认了一个有趣事实:袋鼠精液中有关糖方面的性质(就是含量与构成成分之类)与其他亲缘关系较远的哺乳动物是不同的。换句话说,袋鼠精液可能与人类精液尝起来味道不同,尽管(我们倒很希望)没有人能够直接证实这一点。
所有这些袋鼠放电实验都结局圆满。1997年科学家终于仅通过麻醉袋鼠后放电便搞到了数量可观的精细胞。这是个双赢的结果,精子多多,袋鼠鲜活。
8 (借由猪子宫)与仓鼠卵子融合的山羊精子
山羊与仓鼠的杂交实在太难搞了。光是第一步就够受的。如果你把山羊精子与仓鼠卵子那么混起来,什么也不会发生。即使剥离卵细胞的外围组织(透明带,识别精子,排除异种)也不怎么见效。山羊的精子仍然很难进的去。然而1980年科学家找到了解决方案。真正有效果的方法最后证明是,先在猪的子宫里孵育山羊的精子。
其过程如下:先让山羊把精射入人工阴道。收集其精液。然后找一头死亡的猪,切下它的一部分子宫。把精子植入子宫组织并将两端封口(听起来就是让其人工着床的过程吧)。将其整个浸泡于生理盐水中几个小时然后把精子冲洗出来。这些做完山羊的精子就整装待发了,可以使仓鼠的卵细胞受精并且形成山羊-仓鼠胚胎了。
其他就没有什么可说的了。一旦受孕成功,杂交的小胚胎的成功便指日可待了。(即使是山羊-绵羊的杂交都不会进展顺利,尽管它们的父母亲缘较近)不过那是要放在另一个实验里讨论的问题了。
7 没有DNA的蠕虫精子
精子的存在是为了传递DNA。它们始于睾丸,如果够幸运,则会把雄性的DNA带到雌性的卵细胞中。就这么简单。想想一个没有DNA的精子,那可真是怪透了,因为这样的东西毫无意义。然而,科学家却利用一种叫做秀丽线虫的蛔虫创造出了这种东西。2000年,他们发现了两种(该蠕虫)变异型,可以仅通过升高温度被诱致为不含DNA的精子。
令人惊讶的是,DNA的缺如根本就无关紧要,至少开始时是这样的。不含DNA的精子完成了所有非变异型秀丽线虫精子所能够完成的事。它们爬入叫做受精囊的器官,识别出卵细胞并使其受精。每一个卵细胞中都有个小胚胎开始发育。唯一一件不含DNA的精子细胞所完成不了的,当然是提供DNA了。终于,那开始显得至关重要了。只有一半基因组的胚胎,在只发育成一个细胞团的状态时终止了。
6 将豹猫精子植入普通猫体内
普通的猫产崽能力可是非常强大的。这么多产以致其数量已经失控,我们要给数以百万计的猫实行绝育。而猫的野生近缘们却情况相反。包含豹猫在内的许多品种现正处于濒临灭绝的险境。如此迥异的情况下,一些科学家已然看到新希望,就是强行借助猫的繁育能力。在做完几个手术之后,猫便操起老本行-做爱,怀孕这一套的。只不过这下,从头到尾它只是在帮其野生的亲戚孕育猫崽了。
为了做到这一点,科学家尝试过好几个方案。其中一个,是他们把野生品种的胚胎直接移植到猫子宫里。另一个,是把野生品种的能发育为精子的细胞植入猫的睾丸里。该实验中的一个是用的豹猫的成精细胞。开始试验时,科学家先用X射线照射猫的睾丸,来清理掉猫自身的精子。然后切开猫的阴囊,把豹猫的细胞注入,将其缝合。最终,几周之后这些豹猫的细胞便会发育为成熟的精子了。
5 猿猴细胞染上来自兔子精子的病毒
精子就爱跟别的细胞搞在一起。最喜闻乐见的场面当然是对方是个卵,但精子却并非总能搞到个卵。有时候,随便一个在场的细胞也能派上个卵用。
这种结合可能实际中是常有的。交配后一个雄性的精子四下乱入冲进同伴体内后,很可能会有几个思维错乱的。所以他们不管三七二十一,随便找个玩意一勾搭,把自己的DNA弄进去万事大吉了。然后这些焕然一新的细胞很可能生生世世成为了这个小伙伴喉咙,肝脏或随便啥的一部分了。吓死宝宝了。瞬间让避孕套显得更加高大上了,有木有!
如果再给精子来点化学助力,他们会越发饥不择食。比如在一项实验中,科学家设法使兔子的精子融合到了一只非洲绿猴的肾脏细胞内。正常情况下猴子的肾脏完全无惧于兔子的精子。猴子与兔子分化已久,共同感染的疾病并不多。即使一只兔子直接射精至猴子肾脏,猴子也一般不会沾染上任何东西。
可是在该实验中,却更平添一份古怪。融合前,科学家把一种叫SV40的猿猴病毒添加到兔子的精子中。实验中许多肾脏细胞因感染了该病毒而致病。这么一来,便使得这一切面临一个貌似古怪的公共卫生课题:绝壁不能相信被科学家做过手脚的兔子精子。
4 老鼠跟绵羊能好好来一发吗
一只老鼠想跟一只绵羊做爱大概困难重重。其中一个也许是羊瘙痒症。羊瘙痒症是一些绵羊所患的很棘手的疾病。它能导致协调性的丧失继而引发死亡。许多病例是由母传子的。尚不清楚的是羊瘙痒症会否通过性传播。为了找到答案,科学家采集了一些感染了瘙痒症的雄羊精液。
你大概天真到以为下一个登场的是一只雌性绵羊了,然而大错特错了。科学家决定用一种特殊老鼠来取而代之。这种老鼠经过人工改造含有一种使它们易感羊瘙痒症的绵羊蛋白质。因为瘙痒症作用于大脑,科学家便直接将其(病羊精液)注射进老鼠的大脑中了。原因是如果大脑在直接暴露于病羊精液时没有感病,那通过性接触这种间接暴露途径当然更不会使其感病。
最终,老鼠没有感染羊瘙痒症,盘算着跟绵羊来一发的老鼠们心中的石头可真是落地了。几年后科学家又做了不少相同实验。不过这次他们换了一种羊瘙痒症的病毒,结果也不同了。注射精液后一些老鼠被感染了。看来还要更多研究啊。
3 青蛙与蟾蜍是“友达以上”
“真正的青蛙”是属于蛙科的,“真正的蟾蜍”是属于蟾蜍科的。太显而易见了是吧?当然了,动物们自己是不大关心这些名目神马的,尤其是饥渴劲儿上来时。在几则报道中,蛙属的蛙被观察到跟蟾蜍属的蟾蜍交配。然后就没有然后了。除了一些有争议的报道外,两种两栖类动物貌似闹不出蛙命大事来。首先一点就是青蛙精子根本进不了蟾蜍卵的家门。
不过实验室中科学家却可以让青蛙蟾蜍变得更亲密,至少从分子水平上是的。1976年,他们通过把青蛙精子中含有DNA的部分,即细胞核,注射进了蟾蜍卵中而攻克了进入难的问题。一旦进入蟾蜍卵,青蛙精子的细胞核即刻开工,也就是平时它们在卵细胞里干的老一套。卵细胞胀大,复制其DNA,分裂。然并卵,成熟的青蛙-蟾蜍杂交品种还是没有出现。
2 产生金鱼精子的斑马鱼
在哺乳动物中,后代的性别取决于遗传的是哪一套染色体。”XX”就是雌性,”XY”就是雄性。在一些爬行动物类中,是取决于温度的。在斑马鱼身上,那就复杂的很了。很可能取决于一大堆基因,而温度也至关重要。没人完全搞清是怎么回事。
我们知道这跟原始生殖细胞 (PGC)有关。PGC是一套存在于胚胎中的特殊细胞,它们进一步发展为精子或者卵细胞。实验室中,你可以通过直接杀灭它们或阻滞一个它们生长所需要的基因来清除所有PGC。
清除掉PGC还有另外一个奇怪的效应:它能把斑马鱼变得类似于一张白板,上面可以通过移植其他鱼类的PGC来覆写。最有趣的要数那些所用到的捐献细胞的鱼类是跟接受这些细胞的斑马鱼完全不同种的实验了。其中一个实验中,科学家用这种白板一样的斑马鱼并引入一种金鱼的单一PGC。移植后,斑马鱼两侧睾丸呈现了完全不同的发育情况。没有PGC的那侧非常瘪外观很不自然。有PGC那侧相比而言看起来正常些。只不过里面盛着的是金鱼的精子。
正常情况下,斑马鱼精子遇到金鱼卵也不会有什么下文。它们可以受精结合,但是胚胎最后不会孵化。斑马鱼产生的金鱼精子就不存在这种情况。它们作为父辈后代是彻底的金鱼而且发育完全正常。
1 雌性的精子
公鸡有精子,母鸡没有。基本自然道理。可是在实验室中,这个传统可以颠覆了。动几个分子水平的手脚,你可以使禽类产生雌性基因的精子。
想做到这一点有两种方法。第一个,你可以强迫一个雌性胚胎说哥是纯爷们。想这么做要用到点化学手段,来干预其性荷尔蒙分泌。当动物成熟时它就会有产生正常精子的正常睾丸了。第二个办法,你可以从雌性胚胎中提取早期生殖细胞并移入雄性体内。在雄性动物的睾丸内,这些雌性的细胞将会发育为精子而不是卵细胞。
在禽类动物中,雌性精子的情况会尤其特别。这牵扯到整个的性染色体如何发挥作用。雄性哺乳动物有一个Y染色体,雌性没有。禽类动物的情况则相反。这个W特殊染色体是雌性特有。雌性基因型是”WZ”,雄性基因型是”ZZ”。正常情况下WZ精子不可能出现。
即使在实验室环境下,很多WZ细胞停滞在发育晚期而不会完全成熟。不过一小部分的WZ细胞真的可以变成精子,这些幸运儿貌似功能还挺正常。这已经通过几个引用了其他物种的卵细胞所做的非常奇葩的测试证实了。比如注射进鹌鹑的甚至老鼠的卵细胞内,WZ细胞可以像正常ZZ精子那样启动胚胎的发育过程。
雌性的精子暗示着新领域的开端,由此雄性不会再有存在必要。然而有一件事我们可以很确定地说,就是这些实验使得雌性的鸡来到了它们从未到过的领域,使雌性老鼠怀孕都唾手可得,价值巨大。
(译者: 断角蓝 来源: 译言网)