中国克隆技术震撼突破！这些“复刻版”动物背后藏着什么基因宝藏？
你是否好奇，动物也能被精准“复制”？2025年5月，一头体重26公斤的克隆犏牛犊在西藏拉萨曲水县实验站成功诞生。这是全球首例体细胞克隆犏牛，标志着我国高原家畜克隆技术跃居世界前沿。今年，我国还成功培育了体细胞克隆的延边牛和牦牛。这三种牛分别代表优良肉牛、杂交优势品种和高原良种牛，其核心技术正是体细胞克隆。
出生后两个月的体细胞克隆犏牛
（图片来源：中国农业科学院北京畜牧兽医研究所）
克隆延边牛
（图片来源：中国新闻网）
自1996年克隆羊多莉诞生以来，全球克隆技术飞速演进——从2001年中国克隆渤海黑牛“康康”，到普通猕猴、黑足鼬、北极狼、警犬，甚至已灭绝的比利牛斯山羊。克隆技术正重塑动物保护与育种的未来。
北极狼。克隆的北极狼（原名玛雅）本体出生于2005年，卒于2021年，其克隆个体“玛雅”随后诞生；2022年秋天，另一只克隆北极狼“哈尔”在江苏省出生。图片中的北极狼并非克隆个体。
（图片来源：作者拍摄于北京野生动物园）
克隆技术究竟是什么？为何要克隆动物？这两个问题背后，隐藏着生物科技的巨大潜力。让我们从科学原理到现实应用，一探究竟。
克隆及其操作过程回顾1996年，克隆羊多莉诞生，成为全球首只体细胞克隆哺乳动物，曾轰动世界并载入教科书。
哺乳动物体细胞克隆过程简而言之：将动物体细胞（如皮肤细胞）的细胞核，植入另一个去核卵细胞中，形成人工胚胎，再移植到受孕母体发育。新生个体与供核动物的核基因几乎完全相同。
注：体细胞核植入卵细胞有两种方式，一是直接注射细胞核，二是通过电脉冲融合细胞。克隆羊多莉采用后者。
绵羊多莉克隆图
（图片来源：Ask a Biologist）
如今，该方法已成功应用于黄牛、狼、家猫乃至猕猴。其他动物呢？早在20世纪下半叶，克隆鱼类和蛙类就已实现——它们无需子宫，胚胎可在水中自主发育。1962年，英国科学家戈登成功克隆蛙类。
蛙克隆过程，与克隆羊多莉类似，但通常直接植入体细胞核，而非细胞融合。
（图片来源：Brainly）
克隆鸟类却极具挑战——鸟卵卵黄庞大、结构复杂，操作难度远高于哺乳动物卵细胞。以鸡蛋为例，常为未受精卵；相比之下，蛙卵无卵黄保护，更易处理。鸟类无子宫，胚胎移植几乎不可能。
鸡胚胎在蛋内发育
（图片来源：ar.inspiredpencil）
鸟类真的无法克隆吗？科学家另辟蹊径——将珍稀鸟类的原始生殖细胞（如精原细胞）移植到家禽体内。例如，把绿孔雀精原细胞植入家鸡睾丸，让家鸡生成孔雀精子。该方法已在不同鸡品种间实现间接克隆。
绿孔雀（非克隆个体）
（图片来源：作者拍摄于北京动物园）
例如，扬州大学团队将狼山鸡成纤维细胞诱导为原始生殖细胞，移植到白洛克鸡体内，成功繁育出狼山鸡。
狼山鸡品系
（图片来源：The Livestock Conservancy）
克隆技术目前的局限性及破解方法克隆动物面临技术操作与科学伦理挑战。除鸟类生殖细胞操作难题外，部分物种克隆并非易事。
比利牛斯山羊灭绝后被克隆尝试。2000年灭绝，但冷冻细胞样本留存，成为复活希望。
2003年，研究人员利用冷冻细胞克隆：将山羊细胞核植入家山羊卵细胞，培育208个胚胎移植到57只母羊体内。仅7只妊娠，6只流产，最后一只新生山羊因肺部畸形死亡。
这次尝试是人类首次用克隆技术“复活”灭绝哺乳动物，虽失败却揭示现实：即使掌握克隆技术，让灭绝动物重生仍困难重重。
比利牛斯山羊
（图片来源：维基百科）
由此可见，动物克隆常出现胚胎流产或受孕失败。若使用近缘物种卵细胞，可能导致克隆动物细胞质基因混杂（如线粒体基因）。克隆技术复杂且存在风险，因此在拯救濒危物种时，传统繁殖方法往往更高效。
一只克隆猫咪
（图片来源：Britannica）
即便对家畜，克隆也面临特殊挑战。以犬类为例：卵母细胞对外界刺激敏感，显微操作易导致卵细胞死亡；卵细胞脂肪干扰细胞核移除。犬类排卵次数有限，且无法激素干预。
正因如此，克隆部分物种的推广仍在发展，对繁殖技术匮乏的濒危物种则更难。
克隆犬类过程。过程看似简单，但右侧去核部分曾一度困扰科学家。
（图片来源：Dreamstime）
尽管挑战重重，克隆技术已应用于警犬培育，但存在失败率。通过克隆优秀工作犬，可能获得具备同样潜质的个体。韩国曾克隆优秀工作犬。
左侧为首个克隆犬（来自韩国），右侧是的它受孕母亲。
（图片来源：参考文献[9]）
2018年冬天，中国克隆昆明狼犬“昆勋”诞生。但使其性格与工作能力媲美原犬，仍需后天训练。北京等地也有克隆警犬源自功勋警犬细胞。
克隆的昆勋
（图片来源：文汇报）
你可能好奇：犬类卵细胞操作难题如何解决？青岛农业大学赵明辉博士开发AI辅助显微操作系统——用AI识别预测卵细胞核位置，辅助去核。
AI辅助去核克隆犬
（图片来源：青岛农业大学）
在珍稀黄牛品系保护中，克隆技术价值显著——西藏不足百只的樟木牛和阿沛甲咂牛于2024年初被克隆。曾创造克隆牛“康康”的教授夫妇，还推动了肉牛胚胎移植产业化。
克隆的珍贵黄牛品系
（图片来源：新华社）
需澄清常见误解：很多人误以为“克隆动物无法繁殖或寿命短”。2017年研究表明，多莉因关节炎未达预期寿命，与克隆无关。克隆牛康康和双双繁殖能力正常（人工授精成功）。日本也有体细胞克隆牛自然寿终。
克隆是因为生育障碍吗？为啥不能生？克隆动物众多，但为何克隆？或许为增加数量，或许因被克隆动物无法繁殖。
本次克隆的犏牛即是一例：公犏牛不育，仅母犏牛可育。2003年克隆的骡子也基本不育。雄狮与雌虎所生狮虎兽同样雄性不育而雌性可育。原因何在？
狮子狮虎兽（狮子和雌性狮虎兽杂交后代）
（图片来源：Ligerworld官网）
犏牛
（图片来源：ar.inspiredpencil）
这背后涉及亲本物种分化时间。以骡子为例（母马与公驴杂交），其父母家马和家驴的分化时间比黄牛牦牛（犏牛父母）长。但有极少数例外：母骡子与公驴或公马交配成功繁殖的报道。
克隆骡子
（图片来源：参考文献[8]）
更深层原因与性染色体有关。哺乳动物多为雄性XY、雌性XX。X染色体有基因拷贝，雌性有两份表达量，雄性仅一份，表达量可能不足。
这需“剂量补偿效应”提升雄性X染色体基因表达。该效应依赖顺式调控元件和反式调控因子，前者在X染色体上，后者在其他染色体上。顺式元件如“智能水龙头”，反式因子如可调节水龙头的“智能设备”，但设备仅识别特定水龙头——不同物种间存在差异。
当雄性狮虎兽的性染色体调控系统识别失败时，问题加剧。它继承狮子和老虎的“智能设备”，以及老虎X染色体的“水龙头”，却无狮子X染色体的“水龙头”。最终因“水龙头”太少且设备调节混乱，导致基因表达失调，尤其影响雄性生殖系统发育基因，造成不育。
海南岛某动物园的狮虎狮兽（狮子和雌性虎狮兽的杂交后代）。
（图片来源：messybeast官网）
雌性狮虎兽和公老虎生的“虎狮虎兽”
（图片来源：messybeast官网）
相比之下，雌性狮虎兽从父母各继承一半“水龙头”和“设备”。虽存在兼容性问题，但两个X染色体缓冲了基因表达错误，使生殖功能受损较轻。
雌性狮虎兽
（图片来源：Ligerworld官网）
性染色体还有ZW模式，见于部分两栖动物、鸟类等。ZW为雌性，ZZ为雄性。这导致杂交鸟类常雌性不育而雄性可育，因杂交雌鸟仅从父方获得“水龙头”，父母双方的“设备”会调节混乱。
科莫多巨蜥，染色体类型为ZW。
（图片来源：作者拍摄于上海动物园）
回到不能繁殖的犏牛，同样因基因“水龙头”和“设备”调节失败，导致精子生成问题。
精子生成需减数分裂，由精原细胞演变为精母细胞，再经分裂形成精子。犏牛精原细胞形成困难，且精原细胞变精母细胞的数量少于正常牦牛。减数分裂所需蛋白（如CDK1和SETX）在牦牛精母细胞中存在，却在犏牛中缺失。蛋白缺失导致繁殖障碍。克隆技术为保存犏牛这一产奶产肉畜种提供了新途径。
从克隆牛到杂交不育机制，这些研究揭示生殖生物学的精妙，更展现生物科技在保护优良畜种、工作犬和濒危物种方面的巨大潜力。随着技术进步，克隆技术将为生物多样性保护开辟更广阔道路。你对克隆技术有何看法？欢迎在评论区分享你的见解，一起探讨未来科技前沿！
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出品：科普中国
作者：吕泽龙（中国科学院动物研究所）
监制：中国科普博览
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