科学家创造出永不长大的“彼得潘”甘蔗蟾蜍

快速阅读: 据《ABC 在线》称，科学家计划用基因编辑的“小飞侠”美洲豹蟾蜍遏制其在澳大利亚的扩散。这些蝌蚪因无法成长为成年蟾蜍而过度捕食同类卵，从而减少其种群数量。尽管技术尚需完善，但此方法被认为是一种潜在的生物防治手段。

入侵澳大利亚的美洲豹蟾蜍（学名：Rhinella marina）可能很快会受到来自内部敌人的遏制。计划释放一种特殊的蟾蜍，这种蟾蜍可能有助于阻止这一入侵物种的扩散。这听起来有些违背常理，但研究人员相信他们找到了一种生物工程技术解决方案，可以让害虫自行限制其数量。

通过从蟾蜍卵中移除一个基因，研究人员创造了一种永远无法成长为成年蟾蜍的孵化体。美洲豹蟾蜍已经征服了澳大利亚北部的大部分地区，并正逼近沿海小镇布鲁姆。

移除的基因控制着甲状腺激素的生产，这种激素驱动着蝌蚪转变为蟾蜍时的变态过程。麦考瑞大学的进化生物学家和生态学家Rick Shine是“彼得潘美洲豹蟾蜍”的科学家之一。他说，已知美洲豹蟾蜍蝌蚪是贪婪的食肉动物，在卵和孵化体形式下都倾向于捕食同类。这种情况在澳大利亚尤为严重，记录显示，这里的蝌蚪同类相食率是南美洲的2.4倍——南美洲是美洲豹蟾蜍的原产地。

美洲豹蟾蜍的卵几天内孵化成蝌蚪；三周后它们发育成幼体（小蟾蜍）；大约两年后成为性成熟的成体。

这些经过基因编辑的蝌蚪将这种同类相食行为推向了一个新高度。根据Shine教授团队进行的尚未经过同行评审的试验结果，这些经过改造的孵化体比普通蝌蚪稍大一些，吃掉的卵是普通蝌蚪的三倍。“在我们的一些野外试验中，如果池塘里有较大的蝌蚪，那么卵就无法存活。”他说，“美洲豹蟾蜍蝌蚪彻底清除了所有卵，而且它们对青蛙卵并不感兴趣。”

虽然普通的美洲豹蟾蜍蝌蚪在22天后发育成幼蟾蜍离开水体，但这些经过基因编辑的蝌蚪在几个月内保持不变后死亡。

入侵规模极具挑战性

目前，澳大利亚北部的美洲豹蟾蜍数量超过2亿只，而且它们的数量可以迅速增加——雌性蟾蜍一次产卵可达3万颗，每年可繁殖两次。找到控制美洲豹蟾蜍的方法，这种蟾蜍已经消灭了大量本地有袋类动物和爬行动物，已被证明非常困难。

捕捉并移除蟾蜍的“蟾蜍捕杀”方法对总体数量或阻止其扩散几乎没有什么影响。人们开始尝试教导本地动物不要吃蟾蜍，这种方法对鳄鱼和蜥蜴类有一定成功，但在袋鼠等有袋类动物身上效果较差。

美洲豹蟾蜍现在已经在四个州被发现，最初是在昆士兰释放的。

Shine教授希望针对美洲豹蟾蜍早期阶段的干预可能是减少其数量的关键。但是这些经过基因编辑的“彼得潘美洲豹蟾蜍”带来了一个难题：它们没有足够时间达到繁殖年龄，因此很难获得足够的卵来大规模实施。

培育数千个经过基因编辑的卵——这个过程涉及向每个卵注射以敲除产生变态激素的基因——是不切实际的。Shine教授说，解决这个问题的一种方法可能是将缺失的激素释放到水中，以便让一些经过基因编辑的蝌蚪发育为成年个体。然后这些编辑过的蟾蜍可以产下一窝带有基因敲除但不能繁殖的蝌蚪。

科学家们先对蟾蜍进行了基因编辑以去除颜色，然后继续进行基因删除以阻碍其生长。

“如果我们能让这些小蟾蜍长到成年体型并繁殖，那么每窝就可以有2万到3万只彼得潘蝌蚪，”Shine教授说，“只需要很少量的具有这种遗传改变的成年蟾蜍，我们就能拥有大量我们想要的蝌蚪。”

然而，即使有了额外的激素帮助，这些小蟾蜍目前还没有很好地成长。但Shine教授有信心他们能够克服养殖蟾蜍的技术难题。

西澳大利亚的野外试验

这项由麦考瑞大学、Minderoo基金会和各州政府合作的项目迄今为止已在西澳大利亚和北领地获得了在受控环境中进行实验的许可。基因编辑的美洲豹蟾蜍蝌蚪尚未在野外测试，但据西澳大利亚生物多样性、保护与吸引力部（DBCA）发言人称，预计将在今年晚些时候进行野外试验，前提是完成风险评估。

“由于这仍是一项实验性的实践，DBCA尚未考虑非变态蝌蚪作为管理美洲豹蟾蜍的方法在西澳大利亚的应用潜力，”他们说，“该部门将在确定其作为管理工具的可行性之前等待项目的试验结果。”

人们希望基因编辑的蟾蜍能帮助减少该物种对本地动物的影响。任何未来的野外试验都将首先在只能在人工水域如牧区水坝中繁殖的地方进行。

北领地政府也支持那些可以有效减少美洲豹蟾蜍对生物多样性影响的措施，只要它们是成本效益高的且不会产生不良影响。

“将转基因野生生物释放到野外是一个复杂的问题，”规划、土地和环境部发言人说，“在考虑任何野外释放许可之前，需要进行充分的研究以确保不会对本地野生动物产生负面影响。”

Shine教授表示，他们正在研究基因编辑的美洲豹蟾蜍蝌蚪是否会对鸟类、鱼类和龟类产生影响。

历史会重演吗？

美洲豹蟾蜍最初于1935年在昆士兰被引入作为一种生物防治手段来对付甘蔗甲虫，但最终造成了比它试图解决的问题更大的麻烦。

那么，引入基因编辑的美洲豹蟾蜍蝌蚪是否明智呢？美洲豹蟾蜍最初被引入昆士兰是为了吃甘蔗甲虫，但作为自然生物防治手段无效，很快自身也成为了一个问题。

Shine教授承认，最初的想法——即释放基因编辑的蟾蜍——听起来可能很牵强。但他强调，与基因驱动不同的是，基因驱动通过修改生物体使其后代只有雄性或雌性，而他们是删除基因而不是添加基因。

未参与该项目的科廷大学种群生物学家Ben Phillips认为彼得潘蟾蜍是一个聪明的想法。“它基于基本的蟾蜍生物学，可能为管理蟾蜍提供了一种新工具，”他说，“作为一种局部控制措施，在繁殖地有限的地方有潜力，因此值得进一步开发。”

Phillips教授认为，释放带有基因敲除的物种的风险似乎相对较小，尤其是在蟾蜍已经分布的区域。但他指出，仍然应该对其进行评估，因为风险更多是生态方面的而非基因方面的。

“本质上，风险在于一群大型美洲豹蟾蜍蝌蚪在水体中存在数月至数月是否会产生比普通蝌蚪更大的影响，”他说，“考虑到敲除基因使这些蝌蚪永远无法成熟并繁殖，遗传风险可能很小。”

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