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2009年，巴西農業研究公司（Embrapa）和巴西利亞動物園開始收集並冷凍在塞拉多熱帶草原——一個生物多樣性極其豐富的熱帶森林和草原生態系統，至少有10,000種植物和800多種鳥類和哺乳動物，其中一些在世界其他地方都找不到——中被路殺或其他原因死亡的野生動物的血液、精子和臍帶細胞。標本採集自叢林犬、領食蟻獸、野牛和灰小鹿等物種。
其目的是儲存巴西瀕危野生動物的遺傳資訊。這些組織推斷，有一天他們或許能夠利用收集到的DNA克隆瀕危動物，以增強數量不斷減少的種群。到目前為止，這兩家機構已收集了至少420個組織樣本。現在，他們正在合作開展一個相關專案，該專案將利用這些標本中的DNA來改進繁殖和克隆技術。目前的克隆技術平均成功率不到5%，即使是在處理熟悉的物種時也是如此；克隆野生動物的成功率通常不到1%。
Embrapa研究員卡洛斯·馬丁斯說，巴西新專案期間出生的任何動物都將生活在巴西利亞動物園。他和他的團隊希望，擴大野生動物的圈養種群將阻止動物園和研究人員從其原生棲息地帶走更多的野生動物。馬丁斯和他的同事尚未決定他們將嘗試克隆哪些物種，但鬃狼和美洲虎是強有力的候選者。《國際自然保護聯盟》在其瀕危物種紅色名錄中將這兩種動物都列為“近危”，比“瀕危”低兩個等級。
許多研究人員都認為，目前，克隆並非可行或有效的保護策略。首先，一些自然資源保護主義者指出，克隆並沒有解決許多動物首先變得瀕危的原因——即狩獵和棲息地破壞。即使克隆理論上可以在真正絕望的情況下提供幫助，但目前的克隆技術也太無效，無法產生太大的影響。與克隆家養物種——特別是牛，多年來已成功克隆牛以複製理想的性狀——相比，克隆瀕危物種要困難得多，原因有很多。
成功的克隆通常至少涉及三個基本組成部分：來自要克隆動物的DNA；一個可行的卵子來接收該DNA；以及一個母親來孕育由此產生的胚胎。通常，需要數百個胚胎和嘗試懷孕才能產生幾個克隆體。科學家通常對瀕危動物的生殖生理學瞭解甚少，這使得從該物種中提取足夠數量的卵子或依靠該物種的雌性來分娩克隆體過於冒險。法律保護有時也禁止對受威脅物種進行此類手術。為了彌補這一點，研究人員將瀕危物種的DNA與來自近緣物種的卵子融合，並從後者中選擇母親。這種雜交胚胎通常發育不良。
儘管馬丁斯和他的同事以及世界各地的一些其他科學家都敏銳地意識到了這些問題，但他們認為，存檔瀕危野生動物的遺傳資訊的努力是值得的。一些研究人員仍然樂觀地認為，克隆將在未來成為一種有用的保護工具。樂觀主義者指出，最近在使用近緣家養物種克隆野生哺乳動物方面取得了成功，改進了防止克隆胚胎髮育異常的技術，改善了新生克隆體的護理，以及透過冷凍組織衍生的幹細胞實現了體外受精。
首批克隆體
在20世紀50年代早期，羅伯特·布里格斯和托馬斯·金在費城蘭克瑙醫院研究所透過一種稱為核移植的技術成功克隆了27只北方豹蛙。細胞核通常被稱為細胞的指揮中心，它包含脊椎動物的大部分DNA——除了豆形、產生能量的細胞器線粒體內的DNA。布里格斯和金清空了蛙卵的細胞核，從蛙胚胎的細胞中吸出細胞核，並將這些細胞核注射到空卵中。許多卵子發育成蝌蚪，這些蝌蚪在基因上與捐贈其核DNA的胚胎相同。
1958年，當時在牛津大學的約翰·戈登和同事使用從完全形成的蝌蚪細胞中提取的核DNA克隆了青蛙。與胚胎細胞（其基因具有足夠的靈活性，可以變成各種不同的組織）不同，蝌蚪的細胞是“分化的”——也就是說，它們表達的基因模式已經改變，以適應特定細胞型別的輪廓：例如皮膚、眼睛或心臟細胞。戈登證明，當移植到卵子中時，來自成熟細胞的核DNA會恢復到胚胎細胞中DNA更通用的狀態。這一突破鼓勵科學家嘗試使用來自成體細胞的DNA克隆更大的動物。
1996年，蘇格蘭的研究人員試圖克隆一隻雌性芬蘭多塞特綿羊。他們將從她的乳腺細胞中提取的細胞核注射到近300個來自蘇格蘭黑臉羊（一種不同的綿羊品種）的空卵中。在這些準備好的卵子中，科學家們設法創造了30多個胚胎。在植入蘇格蘭黑臉代孕母羊後，只有五個胚胎髮育成羔羊。而這些羔羊中只有一隻存活到成年。研究人員給她取名為多莉。
從那時起，一些生物學家反覆建議，克隆可以幫助拯救瀕危物種，尤其是在只剩下幾十只或少數幾隻動物的危急情況下。種群越小、越同質化、越近親繁殖，就越容易受到單一有害基因突變或疾病的影響。如果研究人員可以獲得許多不同個體的儲存DNA，克隆理論上可以增加瀕危種群的遺傳多樣性。至少，克隆可以穩定萎縮的種群。一些研究人員認為，基因同質但穩定的種群也比滅絕要好；一些高度近親繁殖的野生動物群體，例如英格蘭的奇林厄姆牛，已經安然無恙地生存了數百年。
可能受益於克隆的一個物種是原產於非洲的北方白犀牛。1960年，全球北方白犀牛的數量超過2,000頭，但偷獵已將其數量減少到今天的11頭。根據最新的統計，三隻生活在動物園——兩隻在聖地亞哥，一隻在捷克共和國——四隻生活在肯亞的奧爾佩傑塔保護區，根據未經證實的報告，可能還有四隻個體生活在野外，但多年來一直沒有被發現。大多數圈養動物對交配或不育不感興趣，儘管兩隻犀牛在2012年夏天交配。
然而，就目前而言，克隆不太可能幫助白犀牛或任何其他受威脅物種。迄今為止，克隆瀕危動物的故事是少數高調成功和許多失敗的故事。自2000年代初以來，研究人員使用與生產多莉相同的技術，克隆了幾種瀕危甚至已滅絕的哺乳動物，包括摩弗倫羊和一種被稱為印度野牛的牛科動物（2001年）；一種被稱為爪哇野牛的野生牛（2003年）；一種被稱為比利牛斯山羱羊的野生山羊（2009年）；以及野生郊狼（2012年）。在每種情況下，出生前死亡的克隆體都比存活下來的多得多；在大多數情況下，沒有一個克隆體存活到成年。
不匹配
所有這些嘗試克隆瀕危或已滅絕動物的嘗試都因不同的原因以不同的方式死亡，但它們都有一個根本問題——它們不是其對應物的精確複製品。在大多數情況下，研究人員將來自受威脅物種的DNA與來自相關家養物種的卵子結合在一起。每個代孕母親通常植入數十個雜交胚胎，以便至少實現幾次懷孕，這種策略需要提取數百個卵子。由於對大多數瀕危動物的生殖生理學知之甚少，研究人員通常不確定動物何時排卵以及如何最好地獲取它們的卵子。在某些情況下，法律保護阻止科學家從受威脅物種中採集卵子。由於所有這些原因，他們轉而使用更熟悉的家養物種。
將一個物種的DNA注射到另一個物種（即使是近緣物種）的卵子中，會產生一種不尋常的雜交胚胎，這種胚胎通常無法在代孕母親的子宮內正常發育。雜交胚胎具有克隆物種的核DNA和供體卵子的線粒體（mtDNA）DNA。隨著胚胎的發育，這種不匹配變得有問題。核DNA和mtDNA協同工作；它們都包含從食物中提取能量的細胞蛋白質的遺傳配方。在雜交胚胎中，這些蛋白質並非總是能正確地結合在一起，這使得細胞缺乏能量。更復雜的是，代孕母親通常會排斥雜交胚胎，因為她將胚胎的某些組織，尤其是胎盤，識別為外來物。
另一個問題——也是迄今為止最棘手的問題——是透過核移植產生的雜交胚胎不像大多數胚胎那樣是遺傳空白。所有脊椎動物的生命都始於空心球狀的胚胎幹細胞，這些幹細胞可以變成幾乎任何型別的成體細胞。每個幹細胞都包含包裝成染色體的完全相同基因組的副本——染色體是DNA和組蛋白的緊密束。隨著胚胎的發育，幹細胞開始呈現其成體形式：一些變成皮膚細胞，另一些變成心臟細胞等等。不同型別的細胞開始表達不同的基因模式。在每個細胞內部，各種分子和酶與DNA和組蛋白相互作用，以改變基因表達。一些分子，如甲基，會物理阻止細胞機制讀取DNA某些片段中的遺傳指令；一些酶會鬆開組蛋白和DNA之間的鍵，使特定基因更容易被訪問。最終，每種細胞型別——皮膚細胞、肝細胞、腦細胞——都具有相同的基因組，但表觀基因組不同：一種獨特的活性表達或有效沉默的基因模式。隨著時間的推移，成體細胞的表觀基因組甚至會進一步改變，這取決於動物的生活經歷。
因此，當研究人員將成體細胞的細胞核注射到空卵中時，細胞核會隨身攜帶其獨特的表觀基因組。正如戈登在1950年代的早期實驗和隨後的研究表明的那樣，卵子能夠擦除引入的核DNA的表觀基因組，在一定程度上清除障礙。這種“核重程式設計”過程尚不清楚，卵子通常無法正確完成這一過程，尤其是在卵子來自一個物種而核DNA來自另一個物種時。科學家認為，不完全的核重程式設計是導致許多發育異常的主要原因之一，這些發育異常導致克隆體在出生前死亡，以及許多幸存者常見的醫療問題，例如極高的出生體重和器官衰竭。
一些研究人員看到了解決這些問題的方法。義大利泰拉莫大學的帕斯誇利諾·洛伊是2000年代初成功克隆瀕危摩弗倫羊的團隊成員之一；克隆體在出生後六個月內死亡。洛伊和他的同事認為，他們可以提高雜交胚胎在代孕母親子宮記憶體活的機會。他們首先建議，研究人員可以在實驗室中培育雜交胚胎一小段時間，直到它發育成所謂的囊胚——脊椎動物的球形開端，由外圈細胞滋養層組成，滋養層環繞著被稱為內細胞團的快速分裂幹細胞團。最終，滋養層變成胎盤。洛伊建議，研究人員可以從雜交囊胚中取出內細胞團，並將其移植到來自與代孕母親相同物種的空滋養層中。由於代孕母親不太可能排斥來自她自己物種的滋養層，因此其中的發育胚胎有更好的存活機會。
科學家們還弄清楚瞭如何透過將卵子浸泡在某些化合物和化學物質中（如曲古黴素A）來鼓勵核重程式設計，這些化合物和化學物質會刺激或抑制決定細胞表觀基因組的酶。最近，日本神戶理研發育生物學中心的若山照彥和他的同事使用曲古黴素A，透過25代從單隻供體小鼠中生產了581只克隆小鼠，在某些但並非所有世代中，成功率高達25%。為了解決mtDNA和核DNA的不匹配問題，洛伊建議簡單地去除卵子的天然mtDNA，並用要克隆物種的mtDNA替換它——研究人員在1970年代和80年代嘗試過，但最近由於原因不明而沒有嘗試。
近年來，克隆瀕危動物最成功的一些嘗試涉及兩種最受歡迎的家養物種——貓和狗。在新奧爾良奧杜邦瀕危物種研究中心，瑪莎·戈麥斯和她的同事自2000年代中期以來，使用家貓作為代孕母親，創造了許多非洲野貓克隆體。戈麥斯說，到目前為止，有8個克隆體存活到成年，並且今天都很健康。她將自己的成功部分歸功於野貓和家貓之間的親緣關係比大多數為克隆目的配對的野生和家養物種更密切。她和她的團隊還學會了透過剖腹產手術提高成功率——以避免克隆體承受典型分娩的壓力——並將新生克隆體在重症監護室中儲存數週，就像對待早產兒一樣。2008年，韓國首爾國立大學的B.C.李和他的同事使用家犬成功創造了三隻健康的雄性灰狼克隆體。李的團隊此前曾創造了兩隻雌性灰狼克隆體。李證實，所有五隻動物都存活到了成年。
戈麥斯正在研究黑足貓（原產於非洲，在紅色名錄上被列為“易危”）的方法，現在專注於一種不同於核移植的克隆方法。她正試圖將黑足貓的成體細胞轉化為幹細胞，然後誘導這些幹細胞變成精子和卵子。然後，透過體外受精或類似技術，她可以將黑足貓胚胎植入家貓體內。或者，幹細胞衍生的精子和卵子可以用來使瀕危物種的雌性受孕。
說這種方法在技術上具有挑戰性還是輕描淡寫，但研究人員已經取得了令人印象深刻的進展。2011年，加利福尼亞州拉霍亞斯克裡普斯研究所的珍妮·洛林和她的同事從兩種瀕危物種——北方白犀牛和一種類似狒狒的靈長類動物山魈的冷凍皮膚細胞中生產了幹細胞。2012年，京都大學研究生院的桂彥林和同事將成年小鼠的皮膚細胞轉化為幹細胞，然後將幹細胞轉化為可行的卵子。在試管中用精子使卵子受精後，研究人員將胚胎植入代孕母鼠體內，代孕母鼠生下了健康且可育的後代。
戈麥斯說：“我不是說克隆會拯救瀕危物種，但我仍然相信克隆是另一種工具。但這並不容易。研究進展緩慢。”
泰拉莫的洛伊也仍然樂觀。他認為，科學家應該繼續收集和儲存瀕危動物的遺傳資訊，就像巴西所做的那樣，在冰上建立組織生物庫，例如聖地亞哥動物園保護研究所在“冷凍動物園”。如果研究人員設法大幅提高野生和瀕危動物的克隆效率——無論是透過核移植還是體外受精——那麼他們需要的DNA將在那裡等著他們。如果他們沒有做到這一點，生物庫仍然對更基礎的研究有用。“一旦瀕危動物的克隆技術得到適當建立，它將成為一種非常強大的工具，”洛伊說。“如果有什麼可以做的，那將在10年內完成。”