从某种程度上来说,克隆技术非常简单。克隆的过程只需要三言两语就可以说个大概:科学家(这里说的是21世纪初的科学家)首先需要一个未受精的卵子细胞和一个成熟体细胞,然后将卵子内的遗传物质移除,用成熟体细胞的取而代之。随后,科学家会设法让这个细胞像受精卵一样开始发育。如果一切发展顺利,这个胚胎就会被移植到代孕母亲的子宫里,等待发育成熟并降生。
如此简化的概括不禁令人疑惑:细胞里的遗传物质指的是什么?遗传物质位于何处?所有的成熟体细胞都可以作为克隆材料吗,还是只有某些特定的细胞可以?未受精的卵细胞重编程成熟体细胞的细胞核,让它重新发育又是怎么回事?正常胚胎是怎么发育的?要怎么确定克隆胚胎的发育是正常的呢?
为了回答上述和其他一些问题,这一章将简要地介绍一些与克隆有关的生物学常识,列出一张对理解克隆技术有帮助的材料清单。克隆技术是生物学领域不同分支的集大成者,我们列的这张清单中囊括了许多重要的生物学概念,包括遗传、DNA、细胞和哺乳动物发育学。这些领域的进展为克隆技术的诞生铺就了一条康庄大道。
遗传指的是生物将自身的特征从一代传到下一代的现象。虽然“龙生龙,凤生凤”是人尽皆知的日常现象,但是直到不久前的20世纪,科学家才开始了解遗传背后的原理,对孩子为什么能够继承父亲棱角分明的下巴或母亲棕色的卷发也只能说是略知一二,而对爷爷超强的算术能力和奶奶不靠谱的记忆力如何能够遗传给孙子、孙女仍然一知半解。当前科学对于遗传的理解有赖于对遗传物质的确认:1953年,科学家在确定遗传物质的本质是脱氧核糖核酸(即DNA)的基础上,明确了它的分子结构,遗传学的研究基础就在于此。正如同卵双生子拥有相同的DNA序列,每一项克隆也具有一整组相同的DNA。考虑到DNA的重要性,我们将先对DNA做一些介绍,主要探讨它的分子结构以及核苷酸序列编码蛋白质的方式。
虽然阐明DNA在遗传中所扮演的角色是克隆技术得以实现的关键环节,但是仅仅知道DNA为何物远远不够,重要的是能够明白DNA与细胞之间的联系,即遗传物质如何指导细胞制造维持生命所需的基本物质。地球上最小的生物仅由一个细胞构成,而一个人身上的细胞数量有几十万亿,但几乎毫无例外,构成任何生物的每一个细胞内都含有该物种的整套遗传物质。不仅如此,当细胞发生分裂和增殖时,它的DNA也会在经历一系列精巧的过程之后完成复制和分离。克隆技术中的许多突破,尤其是20世纪90年代多利的出生,正是源于对这些复杂过程的研究,所以,本章还将简要介绍细胞的结构及细胞分裂的过程。
细胞分裂使得一个细胞变成两个,两个变四个,四个变八个……以此类推。无论是普通的受精卵还是克隆获得的未受精细胞,都是通过这种细胞增殖的方式,依次发育为胚胎、胎儿并最终成为新生儿的。有关这部分的内容我们将会在哺乳动物的发育中进行简单介绍,我们的关注点是发育过程中的关键事件和与克隆技术密切相关的不同发育阶段。