以《侏罗纪公园》为例浅析基因技术在濒临灭绝生物保护中的应用分析

石成岳

(太原市外国语学校,山西太原 030027)

由于生态环境恶化、栖息地减少及人类的恶意捕杀等诸多因素,许多本来常见的动物处于濒临灭绝的境地,物种多样性受到极大的威胁。众所周知,地球是一个大的生态系统,物种的多样性与生态系统维持平衡的稳定性是有直接联系的,一旦物种多样性遭到破坏,生态系统的平衡将很容易被打破。而且物种多样性从某种意义上而言就是资源多样性,不同的物种有着不同的直接使用价值、间接使用价值和潜在使用价值,为人类的生活提供不同的资源。因此,保护物种多样性,保护濒临灭绝的生物具有重要的意义。基因技术通过对生物的基因密码进行破译研究生物的遗传多样性,在对濒临灭绝生物保护方面发挥着重要的作用。

1 相关概念论述

1.1 濒临灭绝生物

从科学角度定义,已灭绝的生物就是过去50年在野外没有被肯定发现的生物。顾名思义,濒临灭绝生物就是趋于灭绝的生物。

1.2 基因技术

基因技术是对生物的基因密码进行破译并序列化的技术。基因(遗传因子)是遗传的物质基础,是DNA或RNA分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列。只有通过基因的复制,才能实现遗传信息的传递,保证后代与亲代性状的相似性。而基因在不同时间的表达,则几乎决定着生物体的生、老、病、死等一切生命现象。因此对基因技术的研究具有重要的意义。

基因之所以能决定生物体的生命现象,保证不同性状的表达很大部分是因为基因的多样性。除了简单生物如单核生物外,大多数复杂生物的基因个数都比较多,基因的不同排列、表达方式是基因多样性的主要原因。而基因技术的目的就是破译基因密码并将其序列化制成研究蓝本,为攻克疑难病症、从事研究治疗提供巨大的帮助,与其他技术相比有着节约成本、绿色环保、保证研究对象性状优良等明显优势,现已被广泛的应用在基因鉴定、基因制药、基因诊断、基因治疗、基因克隆等领域。

1.3 物种多样性

物种多样性是指动物、植物和微生物种类的丰富性,与生态系统平衡的稳定性有着直接的联系,如果物种多样性遭到破坏,可能对人类的正常生活产生影响。

2 基因技术应用优点分析

与自然繁殖及其他技术相比,基因技术在保护濒临灭绝的生物方面有着明显的优势：

2.1 易复制性强,保证基因安全性

通过对生物的基因进行采集保管,可以便利的建立生物的“基因库”。这不仅有利于对多种生物的基因进行有效管理,而且在需要时可以迅速对需要的基因进行复制,即可以利用一个基因库迅速建立另一个同样的基因库。这降低了基因库的不可替代性,保证了基因的安全性。

2.2 可批量培育生物,节约成本

通过自然繁殖,两个亲代产生的子代个体数有限。而通过基因技术,对于植物而言,可以利用营养繁殖的方式批量培育幼苗;对于动物及微生物而言,则可以通过克隆技术,利用一个亲代个体的细胞产生大量相同基因的子代。因此通过基因技术,可以节约培育子代个体的时间,可以在短期内得到大量的子代个体,从而大大节约成本。

2.3 有利于性状的改良

通过自然繁殖得到的个体,随机遗传了亲代个体的性状,因此既可能体现优良性状,也可能体现劣势性状。而在利用基因技术培育子代个体时,可以选择性状优良、健康状况良好的个体作为亲代,保证子代个体性状的优良,提高子代个体的存活率。如果有需要的话,还可以挑选符合人类价值需求的个体作为亲代个体,有目的的增加人类所需性状。

2.4 有利于物种的多样性

通过建立生物“基因库”,不仅可以保证基因的安全性,而且可以针对濒临灭绝的生物进行培育繁殖,性状改良,避免物种濒于灭绝,从而保证物种多样性,维持生态系统的平衡。

3 基因技术在濒临灭绝生物保护中的应用分析

3.1 在濒临灭绝动物中的应用——以《侏罗纪公园》为例

3.1.1 基因提取技术的应用

对于濒临灭绝的珍稀动物而言,基因提取技术有着重要的意义。只有通过提取濒临保护动物的基因,才能对其基因的结构和功能进行具体的研究,因此基因提取技术是通过基因层次对动物进行保护的前提。当然,基因是“脆弱”的,在进行基因提取的过程中,应避免使D N A断裂和降解的各种因素,保证D N A的完整性,而且对所提取D N A的长度也是有严格要求的,通常要求得到的片段的长度不小于100-200kb,只有这样才能对动物的遗传信息进行比较完全的研究分析。

《侏罗纪公园1》主要讲述了利用一个努布拉岛创造一个恐龙世界的故事,那么恐龙的时代据我们有6500万年之久,科学家又是通过怎样的方式提取到恐龙的基因,对其遗传信息进行研究的呢？通过观看电影我们知道在《侏罗纪公园》中,科学家在进行地底挖掘时,发现了琥珀里面困住的远古蚊子,通过蚊子体内的血液,提取出恐龙的基因信息,利用这些信息培育繁殖恐龙。

显然,这对如何初步进行濒临灭绝动物的保护是有着启发意义的。我们首先应该通过不同方式提取濒临灭绝动物的基因,这是对濒临灭绝动物进行保护的必要条件。当然了,提取本时代的动物基因要比提取远古时代的恐龙基因要容易的多。

3.1.2 基因鉴定技术的应用

基因鉴定技术是基因技术中重要的一环。正如在《侏罗纪公园》所说：“基因是生命建造之砖,是生命的蓝图”,一串D N A中包含了生物的无数遗传信息。只有通过对提取到的基因进行鉴定,才能判别这些基因是否分属于不同物种,还是属于同种物种下属的不同门、纲等。

在《侏罗纪公园》的努布拉岛上,生活着各种恐龙,如迅猛龙、腕龙、霸王龙、棘龙等,还有会飞的翼龙(初龙)。要想对不同恐龙的基因进行针对性研究,创造出不同种类的恐龙,科学家显然需要先对提取到的基因进行相关鉴定。否则,就无法重现白垩纪各种恐龙并存的壮观景象。

显然,对基因进行鉴定的过程对于濒临灭绝动物的保护有着重要的意义。我们只有通过对提取到的基因进行基因鉴定,才能判别基因所属的物种,才能对濒临灭绝的动物进行分情分类的保护。

3.1.3 基因测序技术的应用

基因测序技术,其实就是对D N A序列进行测定的技术。由生物学的学习我们知道,生物的基因组由A、T、G、C组成,其排列顺序的多种多样也决定了生物遗传信息的多种多样。通过对基因进行测序,可以对生物的遗传信息表达进行深入的了解研究,甚至可以进一步研究和改造目的基因,转基因技术就是一个很好的例子。

恐龙的时代对我们现代人而言是久远的,提取恐龙的基因就已经十分困难,更不必说要提取到完整的恐龙基因了。因此,在《侏罗纪公园》中,科学家提取到的恐龙基因是残缺不全的,而要想培育繁殖恐龙,这显然是一个必须要克服的难题。在影片的后来,科学家通过将青蛙的部分基因填补到恐龙基因的残缺部分解决了这个问题。在此过程中,基因测序技术发挥了重要的作用。通过基因测序技术,科学家才能判定恐龙基因的残缺部分,并选定满足需要的青蛙基因部分。

当然,通过基因测序技术不仅能判定基因的残缺部分,还能了解遗传信息的表达。在影片中,科学家为了控制恐龙,在创造恐龙基因时使其缺乏产生赖氨酸的基因,这显然也是通过基因测序技术做到的。通过基因测序技术,判定决定产生赖氨酸的基因,对其进行改造就可以达到这个效果。

由此我们可以得出结论,基因测序技术可以说是基因技术的核心。在保护濒临灭绝动物的过程中,只有正确的应用基因测序技术,才能对动物的遗传信息进行深入的研究,甚至改良动物基因。

3.1.4 基因克隆技术的应用

提起基因克隆技术来,相信每个人都不陌生,因为克隆羊“多莉”的报导,“克隆技术”的概念变得广为人知,而且现在基础教育的生物学中也大量涉及了植物、动物克隆的有关知识。通过基因克隆技术,科学家可以通过外界手段,在体外大量培养生物胚胎,实现对生物的批量培育繁殖。在《侏罗纪公园》中,科学家通过对最后的恐龙基因进行克隆,得到了数量巨多的恐龙蛋,“创造”出了种类丰富的恐龙。

当然基因克隆技术的意义远不止于此。基因克隆的目的是通过相应技术手段,将目的基因导入寄主细胞,在宿主细胞内,目的基因被大量的复制。在上文中我们提到过科学家提取到的恐龙基因有残缺,是通过将青蛙的基因填补到恐龙基因的相应部分解决问题的,而这正是通过基因克隆技术实现的。

因此可以得出结论,利用基因克隆技术,我们不仅可以批量培育繁殖濒临灭绝的动物,而且可以对动物的基因进行改良,通过将目的基因放入动物基因的方式,改良动物性状,提高动物的存活率。对于保护濒临灭绝的动物而言,基因克隆技术的意义是显而易见的。

3.2 在濒临灭绝的植物中的应用实例

热带雨林是地球上单位面积生物量和物种量最多的地方,全世界有超过25万种开花植物,其中有六成以上在热带雨林,但是现在热带雨林正在遭受严重的摧残。在东南亚热带雨林中,河流两岸的玉林宽度一般不超过100米,外围全是油棕榈田。而印度尼西亚和马来西亚的热带雨林则每年都遭到伐木企业的砍伐,每到旱季那里的草木都会遭到焚烧。

热带雨林被誉为“地球之肺”,对于保护生物多样性具有重要的意义,而雨林一旦遭到破坏很难恢复。植物学家曾预言,到2050年,地球上1/4的植物将走向灭绝,如果不对植物进行保护的话,到21世纪末,地球上2/3的植物将消失。

认识到这个问题后,很多发达国家都利用基因技术建立了植物“基因库”,对植物的基因进行采集保管,从而对濒临灭绝的植物进行批量培育。通过基因技术,可以对不同生物的基因进行对比研究,对植物的性状进行针对性改良,转基因技术就是利用基因技术对生物性状改良的实例。而且利用基因技术建立的植物“基因库”具有方便管理、时效长、易复制等优点,对保护濒临灭绝的植物具有极大的益处。

4 基因技术应用前景分析

众所周知,地球是一个大的生态系统,而物种多样性是这个系统正常运转的前提。但是由于生态环境的恶化、栖息地的减少及人类的恶意捕杀等因素,越来越多的动物处于濒临灭绝的境地,物种多样性受到了极大的威胁。如果不对濒临灭绝的物种进行保护的话,一系列物种很快就要灭绝,生态系统的平衡就要遭到破坏。而通过基因技术的无性繁殖技术、克隆技术,可以高效率、低成本的培育繁殖濒临灭绝的生物,有效实现对濒临灭绝生物的保护。因此基因技术在濒临灭绝生物保护方面具有广阔的应用前景。

而且作为二十一世纪三大科学工程之一,基因技术现已被广泛的应用在基因鉴定、基因制药、基因诊断、基因治疗、基因克隆等领域,并发挥着重要的作用。利用基因技术,可以对致病基因进行研究,通过基因克隆、复制器官等手段攻克癌症、艾滋病等绝症;可以通过基因诊断和改动技术使人类后代不再受遗传病的影响。由此可知基因技术对人类社会的发展也有着深远的意义,将会在各方面得到广泛的应用。

当然任何科学技术都是一把“双刃剑”,在给人类社会带来利益的同时,也会造成潜在的威胁。比如基因药物,不仅可以治疗疾病,还可能影响到人的性格,体魄;克隆技术如果应用到人类的话,将会对人类社会的道德伦理造成巨大的冲击;很多克隆得到的子代个体患上了高龄疾病等等。这需要我们对基因技术进行进一步的研究攻克。

[1] 李英芳.在“现代生物技术专题”中实施SSI教育的尝试——以“基因工程专题”为例[J].中学生物教学,2017,1(2)：13-14.

[2] 田松.科幻电影中的未来[J].科学中国人,2003,1(3)：39-41.

[3] 安鼎杰,康元环,陈龙,张海月,张冬星.CRISPR/Cas9基因编辑技术在病原微生物中的应用[J].中国人兽共患病学报,2017,33(3)：280-286.