基因工程能否拯救加拉帕戈斯群島?

在加拉帕戈斯群島,入侵物種正在將本土動物推向滅絕。一些自然資源保護主義者正在詢問,基因改造是否是解決方案

加拉帕戈斯群島的海鬣蜥很容易受到野貓和其他入侵性捕食者的攻擊。

圖伊·德·羅伊

1835年9月25日,在英國皇家海軍貝格爾號考察加拉帕戈斯群島期間,查爾斯·達爾文首次踏上了當時被稱為查爾斯島的土地。他發現了一個由200到300名居民組成的殖民地,幾乎全是厄瓜多(又名“赤道共和國”)在一次失敗的政變企圖後流放到那裡的政治流亡者。低地並沒有給達爾文留下深刻印象,那裡有“光禿禿的灌木叢”,但在跋涉四英里深入內陸,向上到達高地一個貧困的小聚居地後,他發現“植被蔥鬱繁茂”,種植著香蕉和甘薯,還有一群島民,“雖然抱怨貧窮,但毫不費力地獲得了生存手段。” 這主要是因為曾經在這片群島上游蕩的數萬只巨龜。“在樹林裡,”達爾文幾乎是事後才注意到,“有很多野豬和山羊。”

2017年8月25日上午,卡爾·坎貝爾從一艘雙引擎摩托艇上跳下來,登上了同一個簡陋島嶼的碼頭。現在被稱為弗洛雷納島的這個島嶼有144名居民,只有達爾文時代的一半,坎貝爾似乎認識他們所有人。他頭戴棒球帽,身穿藍色牛仔褲和灰色T恤,上面寫著“島嶼保護”,打扮得很隨意,漫步走到當地公交車(一輛改裝過的卡車,後部有長凳)的司機克勞迪奧·克魯茲面前,和他閒聊了幾句。他向在碼頭厄瓜多政府生物安全檢查站值班的胡安妮塔和何塞利托揮手致意。他向郵局局長又喊了一聲“Hola”,探頭進入社群中心向米拉和農民霍爾格打招呼,並停下來與負責登陸點附近公共廁所的卡門敘舊。他沿著弗洛雷納島唯一的鋪砌道路前進,不時被問候、閒聊、短笑話和厄瓜多習俗中的單臉頰親吻所打斷。

坎貝爾在接受採訪時42歲,是澳大利亞人,在加拉帕戈斯群島生活了20年;他性格外向、熱情好客,喜歡以“一切都好,夥計?”作為談話的開場白。但他那天早上表現出的開朗風度和熱情好客,是一個龐大科學事業的重要組成部分。坎貝爾擁有澳大利亞昆士蘭大學的脊椎動物害蟲管理博士學位,2006年他開始在島嶼保護組織擔任動物移除專家,該組織總部設在加利福尼亞州聖克魯斯,致力於透過從世界各地的島嶼上移除入侵物種來保護生物多樣性和防止物種滅絕。自1997年以來,坎貝爾一直在加拉帕戈斯群島從事清除工作,包括2006年開展的一項清除弗洛雷納島所有野山羊和驢子的行動。十年後,他成為島嶼保護組織的專案經理,其議程上最雄心勃勃的專案再次落在了弗洛雷納島上:徹底清除島上每一隻老鼠和小鼠。


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世界上有成千上萬個島嶼。“你不可能在所有島嶼上工作,”坎貝爾說。坎貝爾認為,自然資源保護主義者“目前每年能夠清除10到20個島嶼上的小鼠。那麼,哪些是你應該最緊急開展工作的島嶼呢?我們基本上會列出一份我們應該開展工作以防止物種滅絕的地方清單。” 他說,這份清單的首位就是弗洛雷納島。

“弗洛雷納島是加拉帕戈斯群島中地方特有率最高的島嶼之一,因入侵物種而導致的物種滅絕率最高,而且瀕危物種的比例也是最高的——遠遠高於其他島嶼——這使其成為不僅在加拉帕戈斯群島,而且在全世界都最為優先的目標之一,”坎貝爾說,他的這番話語調流暢,語氣緊迫,顯然已經對資助者、記者,甚至可能是弗洛雷納島的每一位居民重複過無數遍。

弗洛雷納島的專案規模已經達到了使用現有清除工具所能實現的極限。該島嶼面積很大(17,253公頃,約合46,600英畝),而且有人居住,這極大地增加了任務的複雜性。這意味著必須解釋整個專案的後勤和後果——尤其是將400噸鼠藥傾倒到整個島嶼上的計劃。這就是為什麼自2012年以來,坎貝爾和他的同事,如卡羅琳娜·託雷斯和格洛麗亞·薩爾瓦多,幾乎每月都訪問弗洛雷納島一次,忍受從主島聖克魯斯島到那裡顛簸兩小時的船程,與居民會面,描述他們提出的專案,並找出保護成人、兒童、牲畜、水源和瀕危物種免受毒藥影響所需的極其複雜的步驟。

這樣的清除工作需要幾乎是軍事規模的後勤和精確性,這就是為什麼坎貝爾一直在拼命尋找替代當前技術的粗暴工具的方案。在他看來,最具吸引力的一種方案是一種有爭議的新型基因改造形式,稱為基因驅動。與他在弗洛雷納島專案中所承受的日常挫折相比,他將這項技術比作《哈利·波特》中的魔杖。

在保護環境中應用基因驅動的基本策略是,使用新的基因編輯工具CRISPR或其他基因改造工具來改造小鼠的DNA,從而傾斜性別遺傳的機率;一個例子是產生完全是雄性的後代,最終產生一個沒有雌性小鼠的種群。當然,雌性的消除將為這種入侵物種創造一個生殖死衚衕。基因驅動離實用技術還很遠,但島嶼保護組織一直在與美國和澳大利亞的分子生物學家合作,創造這些轉基因小鼠,坎貝爾在最近的科學會議上毫不掩飾他對這種方法的熱情。反過來,這也許就是為什麼美國國家科學、工程和醫學院在2016年對基因驅動的潛在益處和風險進行分析時,將無雌性小鼠的例子列為一系列可能應用該技術的潛在情景之一。正如該報告指出的,“關於人類在生態系統中的地位及其與自然的更大關係——以及他們對生態系統的影響和操縱——在關於基因驅動的新興辯論中起著重要作用。” 從某種意義上說,這場辯論已經在弗洛雷納島開始了,那裡的居民在過去五年裡一直在權衡大規模的,儘管是非基因的,對其珍貴生態系統進行改造的利弊。

褐家鼠 (1) 是計劃在弗洛雷納島進行的大規模入侵物種清除行動的主要目標,幾個世紀以來,驢 (2)、牛 (3) 和許多其他非本地物種已被引入該島。在鄰近的伊莎貝拉島上,野山羊剝奪了巨型加拉帕戈斯陸龜據點的地貌 (4)。圖片來源:Krystyna Szulecka Alamy (13);Wolfgang Kaehler Getty Images (2);圖伊·德·羅伊 (4)

坎貝爾首先承認,加拉帕戈斯群島不會是基因驅動田間試驗的首選或最佳地點。但它可能是思考基因驅動在物種保護背景下的影響(無論好壞)的最佳地點。如果作為一個全球社群,我們重視加拉帕戈斯群島生物多樣性的保護和維護(這種價值已透過聯合國教科文組織將其選為首批世界遺產地之一而得到認可),我們也必須接受入侵物種清除工作的複雜性和悖論,這種工作為了其他物種的利益——尤其是人類的利益——而使某些動物在當地被清除的行為合法化。正如坎貝爾喜歡指出的那樣,“沒有人來加拉帕戈斯群島是為了看老鼠、山羊和貓。”

I. “弱肉強食”

如果說加拉帕戈斯群島在公眾的想象中已經成為生態和諧和令人興奮的原始生物多樣性的代名詞,那麼現實情況則有所不同。是的,巨龜令人驚歎,但曾經有數千只巨龜推平了弗洛雷納島的高地,現在那裡只有大約二十幾只——全部是從其他島嶼引進的,因為當地物種已經滅絕。是的,無畏的雀類既迷人又美麗,但弗洛雷納嘲鶇在1880年左右從該島消失,這是當地滅絕的13個物種之一。是的,在洛貝里亞海灘附近悠閒遊泳的海龜很壯觀,但它們的卵一直被冷漠的捕食者無情地偷獵。所有這些標誌性的加拉帕戈斯物種都受到了入侵物種的無情威脅。

加拉帕戈斯群島的天堂也有黑暗面,而且這種黑暗面已經存在很長時間了,也許從巴拿馬主教托馬斯·德·貝蘭加在1535年偏離航線並發現這些島嶼時就開始了。島上最早的真正入侵哺乳動物是17世紀經常光顧這裡的海盜,其次是18世紀捕鯨船的水手。這些水手拖著一艘惡性哺乳動物方舟,他們將其引入到數百萬年來基本上未受干擾的島嶼上。如果你想用挑釁性的精確語言來描述,弗洛雷納島有記錄以來的第一個定居入侵物種是一位名叫帕特里克·沃特金斯的愛爾蘭水手,他在1805年左右被遺棄在那裡。據報道,他種植蔬菜,並將其與來訪的船隻交換朗姆酒(他是赫爾曼·梅爾維爾小說中一個故事的原型)。

在達爾文到達的三年前,一個動物園價值的入侵物種已經在弗洛雷納島紮根。在科學文獻中,許多入侵物種的最早日期是1832年,這絕非偶然。那一年,加拉帕戈斯群島的第一任總督何塞·德·維拉米爾將軍抵達弗洛雷納島,組織罪犯殖民地。正如克魯茲——農民、業餘歷史學家、兼職公交車司機和弗洛雷納島最大的地主——所說,“他帶來了一切——山羊、驢子、牛、騾子、馬、狗、豬、老鼠,一切。” 類似的動物引進也在19世紀發生在加拉帕戈斯群島的其他島嶼上,對當地的動植物造成了毀滅性的後果。維拉米爾帶來了騾子和驢子,以便將陸龜從高地運下來。在達爾文訪問時,他報告說,此前一艘訪問弗洛雷納島的船隻一天就裝載了200只陸龜(據達爾文說,其他船隻據說每次收集多達700只)。

入侵哺乳動物以直接和間接的方式對生態系統造成了破壞。驢子在地上打滾清潔身體時會破壞陸龜卵。野貓吞食海鳥幼雛,並像老鼠一樣啃食幼年熔岩蜥蜴。野山羊以平頭方式咀嚼本地植被,清除了幾個世紀以來維持陸龜種群的食物,併為入侵植物(如番石榴)開闢了道路,番石榴已蔓延到整個高地。加拉帕戈斯遊蛇,曾經是一種常見的蛇?消失了。超過750種外來植物物種和近500種外來昆蟲已在加拉帕戈斯群島紮根。正如這些島嶼一直是全球進化課堂一樣,它們也提醒人們,自然不是靜態的,有時保護會改變自然以保護自然。

圖片來源:Mapping Specialists

整個群島的情況都是如此,儘管其中有一些非常奇怪的篇章。在2012年加拉帕戈斯群島“外來脊椎動物”彙編中,當時都隸屬於聖克魯斯島阿約拉港查爾斯·達爾文研究站的R.布蘭德·菲利普斯、大衛·A·維登菲爾德和霍華德·L·斯內爾編錄了一個由44種不速之客物種組成的流氓名冊,其中近一半建立了野生種群。它們的範圍從顯而易見的闖入者(山羊、豬、牛、黑鼠)到不受歡迎的奇異動物雜燴。2006年,尼羅羅非魚,一種淡水魚,出現在聖克里斯托瓦爾島;在兩個島嶼上發現了樹蛙。多年來,非本地遊客包括哀鴿、家鴨、牛背鷺、長尾小鸚鵡、孔雀和噪鵑。20世紀30年代,三隻種類不明的猴子出現在弗洛雷納島,1937年,一位當地企業家試圖在聖地亞哥島建立一個豹貓殖民地。豹貓!

人類也無法免受這些入侵浪潮的影響,而且他們的影響也在日益增加。1984年,總共只有6000人居住在129個島嶼和小島中的五個島嶼上;今天有超過30,000人。遊客呢?三十年前每年有20,000人;2016年有218,000人。正如越來越多的人開始來到加拉帕戈斯群島驚歎於當地的生物多樣性一樣,這種生物多樣性也日益受到入侵物種的威脅。

加拉帕戈斯國家公園管理局控制著群島97%的土地,於1971年首次嘗試清除平塔島上的山羊——這是一項人手不足的行動,證明了清除業務中的一句格言:“99%的成功就是100%的失敗。” 參加過多次清除工作的國家公園管理局前官員維克多·卡里翁回憶說,清除計劃後,島上只剩下10只山羊。10年內,數量又回升到2000只。“問題,”卡里翁聳聳肩說,“是最後階段。”

加拉帕戈斯國家公園管理局在1990年代後期開始制定更有效的清除計劃。大約在這個時候,當時22歲,正在考慮自己人生道路的坎貝爾出現在群島上。他對加拉帕戈斯群島並沒有特別的感情——也許除了,在他十幾歲的時候,他在布里斯班自己建造的鳥舍裡養了數百隻寵物鳥。1997年8月,他作為志願者參加了伊莎貝拉島上的山羊清除專案。十年之內,他將在世界上一些最雄心勃勃——也最具爭議性——的島嶼清除專案中發揮主導作用。

II. 我們已知的魔鬼

清除是一項醜陋的、委婉的行業。2004年,國家公園管理局和查爾斯·達爾文基金會發起了一項更系統的行動,以清除群島中最大島嶼伊莎貝拉島北部無人居住地區的山羊。使用了兩架直升機進行空中狩獵;每架直升機上的兩到三名獵人從空中射殺山羊,使用半自動12口徑霰彈槍和半自動.223口徑AR15步槍。在第一次空中掃蕩之後,帶有專門犬隻的地面獵人進入島上植被茂密的地區,驅趕出在最初的襲擊中倖存下來的山羊。在最後階段,從2005年3月開始,清除小組部署了約700只“瑪塔哈里山羊”和“猶大山羊”。

坎貝爾的博士專案是開發瑪塔哈里山羊——猶大山羊的一種變體,猶大山羊是在1980年代開發的。猶大山羊配備了無線電遙測項圈。這些動物非常喜歡群居,所以獵人使用戴著導線的山羊,如果你願意這麼說的話,來尋找其他山羊。瑪塔哈里山羊更進一步——它們是被植入激素植入物的雌性山羊,這些植入物會誘導它們進入永久發情狀態,從而尋找和吸引雄性山羊。不用說,瑪塔哈里山羊不是在加拉帕戈斯群島的進化熔爐中炮製出來的。事實上,坎貝爾訓練當地獵人在雌性山羊身上進行野外手術——結紮它們的輸卵管,終止任何妊娠,並插入激素包,使它們處於持續發情狀態,之後在它們的項圈上安裝無線電遙測發射器,以便可以追蹤它們。一旦被釋放,猶大山羊和瑪塔哈里山羊就會追蹤到最後的頑固分子。當一切塵埃落定時,伊莎貝拉專案殺死了62,818只山羊,耗資約410萬美元。聽卡里翁說,當地人的主要抱怨是他們沒有得到任何肉。“他們說,‘我們餓了,我們需要食物!’” 他回憶道。即使是100%的成功,在這種情況下也不夠——根據卡里翁的說法,至少有九次,心懷不滿的當地人故意重新引入已被清除的物種,部分原因是抗議當地的捕魚法規。

黑鼠 (1) 最早於17世紀透過船隻來到加拉帕戈斯群島,它們吞食本地爬行動物和鳥類產下的卵。為了反擊,生物學家們不得不使用鼠藥誘餌來誘捕加拉帕戈斯海燕 (2) 和其他物種的築巢區。圖片來源:圖伊·德·羅伊 (1);皮特·牛津 Getty Images (2)

但是,加拉帕戈斯群島清除行動的規模是驚人的:從聖地亞哥“移除”了79,579只山羊,從平塔“移除”了41,683只,從聖克里斯托瓦爾“移除”了7,726只——總共從13個島嶼“移除”了201,285只山羊(當“移除”等委婉語代替“殺死”時,你就知道這是一項令人毛骨悚然的業務)。可以肯定的是,成群結隊來到加拉帕戈斯群島與海龜一起游泳,並追隨其傳奇鳥類優雅弧線的遊客們並不知道,在過去的二十年裡,為了保護其著名的生物多樣性,這些島嶼已被變成了殺戮戰場。

即使是一項規模適中的齧齒動物清除行動也說明了傳統方法有多麼棘手。2012年,加拉帕戈斯國家公園管理局及其合作者開始在無人居住的小島品松島上施用齧齒動物毒藥溴敵隆,以清除老鼠,這些老鼠數十年來一直在破壞巨龜的卵和幼龜。清除工作取得了成功,據報道,一個世紀以來,該島首次出現了大量的陸龜幼龜。但是毒藥進入了熔岩蜥蜴的體內,而熔岩蜥蜴又被瀕危的加拉帕戈斯鷹吃掉,導致至少22只鷹因溴敵隆中毒而死亡(即使許多鷹在為期兩週的“圈養”中得到了保護)。在一個案例中,研究人員在誘餌投放兩年多後,在一具貓頭鷹屍體中發現了極高水平的鼠藥。

這就引出了加拉帕戈斯群島乃至世界上最雄心勃勃的島嶼清除行動,這項行動弗洛雷納島上的每個人都簡單地稱之為“Proyecto”——專案。

III. 魔鬼在細節中

弗洛雷納島上有一家商店和一條主要道路。與加拉帕戈斯群島的其他地方一樣,房屋都是簡單的煤渣磚結構,屋頂是波紋金屬。如果你去島上唯一城鎮的幾家餐館之一,你最好提前告訴他們你要來:否則,他們就沒有足夠的食物給你。弗洛雷納島的居民說話輕聲細語,慷慨大方,含蓄幽默,而且非常有原則。幾年前,當另一個島嶼的一位企業家拖欠當地工人工資時,島上沒有人會給他提供食物,沒有人會租房間給他睡覺,也沒有人會和他說話。企業家的專案破產了。該島古怪的政治和強烈的獨立性使這樣的事業在社會上令人望而生畏。正如坎貝爾所說,“情況很快變得複雜起來。”

最近美國國家科學院關於基因驅動的報告——以及,事實上,在過去四十年裡幾乎每一份關於基因工程的官方白皮書中——反覆出現的一句口頭禪是需要“公眾參與”。但是,這個冷冰冰的短語並沒有開始捕捉到真實情況下真實專案的熱情和複雜性。如果說一般的清除工作已經很困難,那麼在有人居住的島嶼上進行清除工作就真的非常困難。幾年前,坎貝爾在與弗洛雷納社群成員舉行的一次小型會議上討論Proyecto時,意識到了這一點。一位居民堅決反對將牲畜從島上移走,他直視著坎貝爾,用不堪入耳的語言說,“如果你這樣做,我就殺了你。” 坎貝爾回憶起那一刻,認為“非常具有衝突性”。

考慮到破壞的程度,這種強烈的情緒似乎並非完全不恰當。自2012年以來,加拉帕戈斯群島當局與島嶼保護組織一直在制定他們認為迄今為止最複雜的有人居住島嶼的清除計劃。使情況複雜化的不僅僅是弗洛雷納島上爭吵不休的成年人。還有兒童、寵物和牲畜,以及瀕危鳥類和熔岩蜥蜴。

弗洛雷納巨龜一度被認為已經滅絕,但最近的基因研究表明,在附近的伊莎貝拉島上生活著相關的物種。生物學家正在繁殖陸龜,並將它們重新引入弗洛雷納島。圖片來源:圖伊·德·羅伊

考慮一下“傳統”的、非基因的清除工作帶來的驚人環境風險。為了清除弗洛雷納島上的每一隻老鼠和小鼠,該專案要求直升機多次投放約3.6億粒一克(0.035盎司)的溴敵隆顆粒——用坎貝爾的話說,“基本上,系統地給整個島嶼上色”多次(在附近的北西摩島進行了一個試點專案後,現在正在考慮使用無人機)。為了最大限度地減少潛在的健康和環境風險,該計劃要求採取極端預防措施。必須保護水資源。兒童可能需要離開該島長達六週。寵物要麼需要被移走,要麼需要限制在住所或籠子裡。大型農業牲畜,如牛、豬和馬,將不得不限制在畜欄中(在弗洛雷納島的農民明確表示,將動物送離島嶼六個月是不可接受的選擇之後)。雞將被安置在新的帶頂棚的雞舍中,其中一些雞舍已經完工。和平庇護所的巨型加拉帕戈斯陸龜將不得不暫時受到限制。瀕危鳥類將在空中誘餌投放期間被誘捕並關在專門建造的鳥舍中。在禁止空中誘餌投放的地點,如建築物、房屋或其他構築物,清除小組將部署陷阱和誘餌站(每個家庭中每個誘餌站的位置都必須明確,島嶼保護組織的律師卡羅琳娜·託雷斯正在收集與每個家庭簽訂的協議草案的簽名)。“一隻懷孕的雌鼠,或一個遺漏的區域,都是失敗,”坎貝爾說。“你需要進入每一棟建築,每一所房屋,每一個爬行空間,每一個壁櫥,每一個冰箱下面,才能抓住每一隻老鼠。”

島嶼保護組織的人員已將“公眾參與”的理念提升到了一個新的水平。在最近的一次旅行中,託雷斯為島上最古老家族之一的女族長埃麗卡·維特默帶來了巧克力,並拜訪了幾位島上的農民,解釋了涉及與其土地上的佃戶簽訂合同的法律問題。該組織最近為當地房主提供了油漆,以美化他們的煤渣磚房屋。當一位居民表示有興趣開一家餐館時,坎貝爾和託雷斯鼓勵了她,並承諾會成為顧客。該組織已聘請建築師為島上的農民設計新的雞舍;每個單元將耗資約22,000美元。坎貝爾已經痛苦地認識到,一對一的關係建立是讓人們參與到這樣一個敏感專案的決策過程中的最佳方式。“如果你做鎮民大會之類的事情,他們肯定會把你罵得狗血淋頭,”他說。“兩三個人主導談話,你不知道其他人在想什麼,然後在事後,你必須花大量時間處理錯誤資訊。”

坎貝爾說,儘管最初有所保留,但弗洛雷納島上的大多數居民都支援清除計劃。在高地,農民霍爾格·維拉站在一片橘子樹林、菠蘿樹和其他農作物中,哀嘆當地齧齒動物的貪婪。他說,它們吃剛發芽的玉米苗;它們吞食菠蘿;它們吃木薯的塊莖。“現在它們甚至吃甘蔗,”他抱怨道。“它們什麼都吃。但如果我們擺脫它們,我們就可以種植一切。” 託雷斯說,維拉最初對Proyecto持懷疑態度,但他現在聽起來很熱情。即使他不得不寄養他的七隻狗?“是的,是的,”他回答道。同樣,擁有80頭牛、130頭豬、200多隻雞、10匹馬和兩條狗的克魯茲也同意該計劃以及與弗洛雷納島居民討論該計劃的方式。“我們覺得我們在正在發生的事情方面處於同一陣線,”他說。

坎貝爾說,“基本上,我們已經與幾乎所有居民達成了口頭協議”。該計劃仍有待加拉帕戈斯群島當局的最終批准。他認為,如果資金能夠及時到位,該專案本可以更早啟動。(預計總成本為2000萬美元,但資金問題現在已將其推遲到至少2020年;坎貝爾估計,每延遲一年將損失100萬美元。)儘管資金不確定,但當七個橙色的20英尺集裝箱於2017年運抵弗洛雷納島時,Proyecto的現實意義開始顯現。這些集裝箱旨在儲存未受汙染的牲畜飼料或青貯飼料,供齧齒動物清除期間使用;一些農民已經開始在集裝箱中儲存動物飼料。

完成這樣一個複雜的專案就像管理一個官僚生態系統——平衡監管部分、公眾參與部分、後勤部分、資金部分、毒藥緩解部分。這就是為什麼坎貝爾認為弗洛雷納島專案“最大限度地發揮”了傳統清除工具的能力。這就是為什麼,他會經常說,“如果我們採用基因驅動技術,對話會更簡單,答案也會更加務實。”

IV. 我們未知的魔鬼

坎貝爾在2011年首次對基因驅動的可能性產生了興趣,當時他旁聽了北卡羅來納州立大學的生物學家和美國魚類和野生動物管理局官員之間的電話會議,討論一種可能的基因方法來控制舊金山附近加利福尼亞海岸以西約20英里的東南法拉隆島上失控的小鼠問題。北卡羅來納州立大學研究動物行為的神經生物學家約翰·戈德溫在2011年瀏覽網際網路時瞭解到了法拉隆的問題。他碰巧在一所大學工作,該大學擁有完善的基礎設施,致力於試驗——並考慮基因改造的倫理影響。他的兩位同事弗雷德·古爾德和大衛·斯雷德吉爾已經在討論改造小鼠基因組的可能性,試圖創造出無法產生雌性後代的小鼠。另外兩位同事詹妮弗·庫茲馬和傑森·德爾伯恩深入參與瞭如何讓更廣泛的利益相關者群體——政府監管機構、動物管理官員、生物倫理學家,當然還有普通公眾——參與到考慮將轉基因動物釋放到野外的 перспективе 中。庫茲馬和古爾德擔任北卡羅來納州立大學基因工程與社會中心的聯合主任。

長話短說,島嶼保護組織於2016年與其他國際組織聯合發起了一項名為GBIRd——入侵齧齒動物基因生物防治——的專案。GBIRd的科學家們正在“謹慎地調查”基因工具,以保護島嶼生態系統。基因編輯工具CRISPR的出現促進了開發替代清除方法的努力。這些努力在2017年7月獲得了推動力,當時國防高階研究計劃局向北卡羅來納州立大學的研究小組提供了320萬美元,用於在島嶼上進行小鼠清除的基因驅動研究。

基因驅動的基本思想似乎與任何在格雷戈爾·孟德爾的豌豆植物和父母基因的隨機遺傳概念下長大的人的直覺相悖。你通常有50-50的機會從一位或另一位父母那裡繼承一個基因。然而,在極少數情況下,某些基因會受到青睞,或者說是“自私的”——它們的遺傳率遠高於隨機排序所暗示的水平。染色體17上的小鼠中存在一種這樣的基因(技術上來說,是基因組的一個區域);它被稱為T-複合體,其遺傳率為95%。從理論上講,它可以作為走私者的聖經,允許將第二個基因快速引入種群中。

在清除情景中,研究人員理論上可以將第二個搭載基因連線到T-複合體上,並基本上將第二個性狀驅動到大多數後代中。一種這樣的小鼠基因,稱為SRY,決定雄性性別,因此將其縫合到自私基因上將產生越來越多的雄性(和越來越少的雌性),直到小鼠種群變成無雌性。基因驅動的基本要求之一是目標動物的世代之間的時間很短;小鼠當然符合條件,因為它們從出生到性成熟的時間是10周。如果實驗室中的小鼠可以被改造為傳遞所需的基因,例如產生單一性別的基因,並且如果這些小鼠在野外具有繁殖能力,那麼該基因就可以迅速被驅動到種群中。

這裡有很多“如果”,但現在在德克薩斯農工大學的斯雷德吉爾一直在小鼠身上 точно 追求這種策略。這種所謂的無雌性品種可以消除本地小鼠種群,而無需環境毒藥,無需離岸動物搬遷,無需弗洛雷納島專案所帶來的所有後勤噩夢。澳大利亞阿德萊德大學的生物學家保羅·托馬斯一直在探索使用CRISPR滅活小鼠體內與雌性生育能力相關的基因,這種方法可以被採用來產生完全不育的雌性種群。此外,神經生物學家戈德溫正在測試轉基因小鼠是否會透過野生小鼠的性考驗(他目前正在研究一批從東南法拉隆島移植的小鼠)。

弗洛雷納熔岩蜥蜴很容易成為潛伏在島上的野貓的獵物。圖片來源:圖伊·德·羅伊

物種清除絕不是基因驅動的唯一應用。目標瘧疾專案試圖改造蚊子,使其無法傳播瘧疾;該小組在比爾及梅琳達·蓋茨基金會的資助下,已經開始在非洲開展社群外展工作,為田間試驗做準備。但麻省理工學院的生物學家凱文·M·埃斯維爾特曾提出在楠塔基特島上進行小鼠基因驅動實驗,現在他認為田間試驗風險過高。在基因驅動遊戲中,經驗法則是島嶼是田間試驗的最佳地點;較小的島嶼比大的島嶼更好,無人居住的島嶼比有人居住的島嶼更好。坎貝爾懷疑基因驅動的首次田間試驗將涉及蚊子,並補充說,美國、澳大利亞或紐西蘭可能是最合適的地點,因為它們的監管基礎設施足夠完善,可以評估新的熱門基因技術。

清除工作是有爭議的,基因改造更具爭議性。“在野外試驗這些技術沒有任何安全的方法,”地球之友的高階食品和技術活動家達納·珀爾斯說。簡·古道爾、弗裡喬夫·卡普拉和其他自然資源保護主義者在2016年9月發表的一封公開信中呼籲暫停這項研究。簽署者向島嶼保護組織開炮,稱他們“感到震驚的是,一些自然資源保護組織已經接受了資金,並正在促進將工程基因驅動生物釋放到野外。”

最大的恐懼是“意外後果”——會發生一些意想不到的壞事。毫無疑問,正如美國國家科學院所說,基因驅動“可能對其他物種或生態系統產生有害影響”,僅憑這一點就值得謹慎和審慎地發展。但在之前關於基因技術的公眾辯論中,例如1970年代關於重組DNA的鬥爭,往往很難將合理的擔憂與誇大的恐懼區分開來。

回到現實世界,在弗洛雷納島高地的一次短途旅行中,坎貝爾和託雷斯帶我來到一個淡水泉——離島上的第一個定居者,酒鬼沃特金斯,據稱在那裡借酒消愁的山洞不遠。作為專案的一部分,泉水周圍的整個區域,已經用柵欄圍起來了,將被帳篷覆蓋,管道上將安裝特殊的過濾器,以確保沒有齧齒動物誘餌進入系統——即使溴敵隆不溶於水。坎貝爾說,公眾參與的一部分是處理人們的看法以及合理的恐懼。“你正在與人們對毒物的看法打交道,”他解釋說。“要改變人們對此的看法是具有挑戰性的,因為他們不改變。” 坎貝爾繼續說道,基因方法更具吸引力的另一個原因。然後他突然改變了話題。

“我們到了,”他迅速說道,指著鏈條圍欄內一陣沙沙作響的植被。“你看到了嗎?一隻老鼠!”

一對閃亮的黑眼睛在樹葉中短暫地出現了一下。坎貝爾將其鑑定為Rattus rattus——黑鼠,眾所周知,它吃加拉帕戈斯海燕和巨龜的卵和幼龜。像世界各地的老鼠一樣,它很快消失了——這是一個更大的種群的哨兵,也是對坎貝爾所說的“瀕臨滅絕的物種”的更大秘密威脅。

V. “陌生人的技藝或力量”

在加拉帕戈斯群島的每一次漫步都是一次自然之旅,每一種生物都在講述一個保護故事——有些故事結局美好,有些則不然。在我們待在弗洛雷納島的最後一天,當坎貝爾敏銳的目光停留在使這片土地如此受人喜愛——又如此飽受摧殘的動物身上時,這些故事中的一些故事開始了。

早餐時,一隻地雀在我們桌子旁偷偷覓食。坎貝爾解釋說,它那粗壯的黑色和黃色喙已經進化得更大更強壯,以便咬開弗洛雷納島當地Opuntia仙人掌異常大而堅硬的種子;反過來,仙人掌也在進化出更大更硬的種子,以阻止這種“偷竊”——這提醒我們,進化不是教科書上的概念,而是一個持續進行的過程。片刻之後,坎貝爾發現一隻老鼠飛快地躲在一塊熔岩後面。當我們吃完飯時,另一種入侵物種出現了——光滑、黑色、喙光滑的阿尼鳥(發音為“安妮”)。這是老式無意後果的一個例子,農民在 20 世紀 60 年代將這種鳥引入加拉帕戈斯群島,他們認為它可以控制侵擾牛的蜱蟲;但事實證明它名不副實,而且作為一種入侵物種,它的數量已經爆炸式增長。

稍後,在步行前往拉洛貝里亞海灘的路上,坎貝爾指出了沙灘上野貓新鮮的足跡;它們吞食幼年海鬣蜥和熔岩蜥蜴。(“小傢伙們根本沒有逃脫的機會,”他說。)在海灘的盡頭附近,他指著一株被啃斷樹枝的Opuntia仙人掌。他解釋說,當齧齒動物啃食仙人掌時,植物就無法開花或結果——這剝奪了陸龜和嘲鶇的關鍵食物來源,尤其是在旱季,也剝奪了地雀的築巢地點。我們還停下來欣賞了幾隻在退潮時暫時被困在瀉湖中的壯麗海龜。它們的卵和幼龜也為老鼠和貓提供了美味的食物。

正是達爾文 20 世紀的“鬥牛犬”理查德·道金斯重新啟用了詩人阿爾弗雷德·丁尼生勳爵的短語“自然,在牙齒和爪子上都是紅色的”,來描述自然選擇的黑色一面——大自然的博弈並不總是美好的,像加拉帕戈斯群島這樣的明信片般完美的生態環境常常掩蓋了掠食者和獵物之間更黑暗、更不帶感情色彩的互動——這種微妙的平衡已經被人類反覆擾亂,無論是透過引入入侵物種,還是試圖用實際上有毒的補救措施來彌補那些考慮不周的引進行為。而現在,展望未來,我們可能不得不決定是否使用未來的基因改造技術,將這些島嶼恢復到更早、更原始的狀態。

無論如何,對弗洛雷納島上的一小部分人進行的意見抽樣調查並沒有顯示出當地人對基因驅動潛在應用的太多擔憂,儘管尚不清楚這些技術(及其潛在風險)的理解程度如何。維拉對任何擔憂都聳聳肩,並表示他對用基因解決方案解決齧齒動物問題沒有任何異議。英格麗德·維特默是弗洛雷納島最早的家庭之一的後裔,當被問及時,她搖了搖頭表示反對,而是表達了對短耳鴞命運的擔憂,一旦它的主要食物來源——老鼠在Proyecto期間被消滅。克魯茲的父親於 1939 年移民到該島,當時人口為 11 人,他對無雌老鼠的想法提出了農民的看法:“這就像牛的人工授精,”他說。“如果你想要雌性,你就使用雌性的精液。這是一樣的道理。”

“對我來說,這些都是我們創造的問題,袖手旁觀、無所作為將會產生嚴重的後果,”坎貝爾說。“我們知道事情的發展方向。實際上做些什麼是……是不負責任的。如果你有工具,卻不使用它,你就有罪責。”

我們還沒有掌握這個工具。但是,如果分子生物學的技藝最終掌握了基因驅動的力量,並且它被用於管理加拉帕戈斯群島或任何島嶼上的入侵物種,那麼值得記住的是,幾乎每一場降臨到地球這個生物進化實驗室的生態災難,都是人類造成的。山羊、驢、老鼠、貓、豬、騾子、家鼠,是的,甚至那些短命的虎貓,都是在人類的幫助下,乘坐人類的船隻,透過人類的活動來到這裡的。

達爾文在他的日記中敏銳地觀察到,將近兩個世紀後,這一觀察仍然引起共鳴。他寫道,雖然英國的鳥類已經對人類產生了當之無愧的不信任感,但加拉帕戈斯群島的鳥類“還沒有學會[這種]有益的恐懼”。他接著提出了可能作為對 21 世紀科學,特別是基因驅動的警示之言。“我們可以從這些事實中推斷,”達爾文在提到鳥類缺乏恐懼時寫道,“在土著居民的本能適應陌生者的技巧或力量之前,任何新的食肉野獸的引入,都必然會在一個國家造成多大的浩劫。”

更多探索

加拉帕戈斯群島外來脊椎動物的現狀:入侵歷史、分佈和潛在影響。R. Brand Phillips 等人,《Biological Invasions》,第 14 卷,第 2 期,第 461-480 頁;2012 年 2 月。

基因驅動展望:推進科學、駕馭不確定性以及使研究與公眾價值觀相一致。美國國家科學、工程和醫學院。國家科學院出版社,2016 年。 www.nap.edu/23405

當前的 CRISPR 基因驅動系統很可能在野生種群中具有高度侵入性。C. Noble 等人,《eLife》,第 7 卷,文章 e33423;2018 年 6 月 19 日。

來自我們的檔案

編輯蘑菇。 Stephen S. Hall;2016 年 3 月。

Stephen S. Hall 是一位屢獲殊榮的科學作家和定期撰稿人。他是智慧:從哲學到神經科學(Knopf,2010 年)的作者,這是他最近的作品。

更多作者:Stephen S. Hall
大眾科學 Magazine Vol 317 Issue 6這篇文章最初以“基因工程能否拯救加拉帕戈斯群島?”為標題發表於大眾科學 Magazine 第 317 卷第 6 期(),第 48 頁
doi:10.1038/scientificamerican122017-jdZeUBBuOQ017K4m4wpxU
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