現代生物技術：中華鱘的諾亞方舟

◎ 文 |吳冠宇 制圖 | 李雨瀟 編輯 | 任紅

現代生物技術，為更加科學地開展中華鱘物種保護工作提供了可能性和可行性。即使在未來極端情況下，DNA科技也能為中華鱘找到延續物種的出路。

科研人員正在觀測剛孵化的中華鱘幼苗 攝影/黎明

魚大也愁嫁

四月的長江，因為一個古老的魚類而備受關注。一年一度的中華鱘放流在宜昌市胭脂園長江珍稀魚類放流點舉行，500尾人工繁殖的子二代中華鱘在這里進入長江，開始踏上回歸海洋的旅程。與往年非常不同的一點是，在今年的放鱘梯隊里，放流的30尾2009年子二代中華鱘和30尾2011年子二代中華鱘均為雄魚，提高了此次放鱘梯隊中雄性的比例。

此次放流為什么要加大雄性中華鱘的比例？中國三峽集團中華鱘研究所水生態修復研究室副主任姜偉博士給我們做出了回答，根據往年科研調查的數據顯示，2003至2004年葛洲壩下中華鱘產卵群體雌雄性別比例接近6∶1；2008年在葛洲壩下產卵場所捕撈的科研用魚中，中華鱘的雌雄比例接近7∶1。2008年后農業部不再次批準中華鱘科研捕撈，直到2015年。但2015年，長江水產研究所未捕到中華鱘親本，因此未能獲得最新的中華鱘數據。但根據2008年至今中華鱘種群生存狀態和生存環境的趨勢，可以推斷中華鱘雌雄比例失衡的現象還在持續加大。

在種群數量龐大的物種中，雄性和雌性如此大的比例差距所導致的影響或許是可以通過龐大的基數來彌補；但在對于中華鱘來說，卻并非如此。

每年夏季的6至8月份，接近性成熟的中華鱘會在此時進入長江口進行溯河生殖洄游，于次年10至11月達到葛洲壩下江段產卵繁殖。雄性中華鱘會通過追逐和親密接觸來刺激雌性產卵部位，促使雌性排卵，然后雄性中華鱘再排出精液對魚卵進行受精。

據姜偉博士介紹，每年返回到葛洲壩下產卵場參與繁殖的中華鱘不到100尾。我們按7∶1的雌雄比例計算，可以得知洄游到此參與繁殖的雄性是極少的。這就會影響到雌魚排卵和魚卵受精的結果。這對于中華鱘的繁殖和延續所產生的影響會是極大的，甚至是具有致命性打擊的。

此次放流加大了大型雄性中華鱘的比例，就是為了調節中華鱘種群的雌雄比例。并且此次選擇放流的大型雄性中華鱘是2009、2011年人工繁殖的子二代，一般雄性中華鱘成熟期約需要9年，也就是說此次放流的雄性中華鱘馬上就要進入成熟期了，很快能夠參與繁殖。這給中華鱘自然繁殖產卵送去一些希望。

爸爸去哪兒了

在自然環境中，確實存在一些物種的雌雄性別比例不是1∶1的。比如，對海象來說，生女兒同生兒子的比例就是3∶1；在獅群中，雄獅數量會少于雌獅。還有一種情況也可能導致動物性別比例失調，并且在魚類中比較多見，即為性逆轉，典型要數黃鱔。黃鱔從剛剛孵化的幼鱔到成鱔都是雌性的，直到產卵后，卵巢逐漸轉化為精巢，黃鱔就變為雄性了。另外，外源激素也可以起到性逆轉作用，在魚的性腺發育的關鍵時期用甾類激素進行喂養，是可以得到單性種群的。

中華鱘7∶1的差距如此巨大的雌雄性別比例，是否屬于上述情況呢？

對即將放流的中華鱘進行內窺鏡性別檢測 攝影/黎明

據中華鱘研究所物種保護科學組組長杜合軍博士介紹，因為中華鱘不具備第二性征，所以無法從外表上判斷其性別。早些年，由于技術手段的缺乏和不成熟，對于中華鱘的性別鑒定是比較困難的，主要是通過捕撈后解剖中華鱘觀察性腺對其進行性別鑒定。上世紀80、90年代，就是通過這種方法曾經獲得中華鱘雌雄性別比例的調查結果，為1∶1。

后來，隨著技術發展，B超和激素手段開始應用于中華鱘的性別鑒定，但是這類常規手段存在有一定局限性，它無法準確鑒定低齡階段中華鱘的性別。這兩年，中華鱘研究所自行研發了中華鱘早期內窺鏡性別鑒定技術。這項技術將性別鑒定從原來的8至10齡以上III期性腺階段提前到5齡以下性腺發育II期階段。也就是說，以前要等中華鱘長到8至10歲我們才能知道它的性別，而現在不到五歲的中華鱘，我們也可以知道它的性別了。通過此項技術，中華鱘研究所對此次準備放流的2012年以前的中華鱘全部進行了性別鑒定，雌雄性別比例比較正常，接近1∶1。

另外，通過中華鱘研究所自1982年成立以來這么多年的觀察監測結果，中華鱘的性征很穩定，不會像黃鱔或某些魚類一樣發生變化。

那么對于自然環境里中華鱘性別比例失衡的現象，杜合軍博士解釋，雄性中華鱘的成熟期需要大約9年，能洄游到長江產卵場的成年雄性中華鱘可能還需要時日，再加上雌性中華鱘的平均壽命明顯長于雄性，在物種資源衰退的過程中就有可能會出現明顯的雌雄比例失衡現象。另外，這種失衡現象的產生還很有可能是由于長江水體污染物對中華鱘親魚的性腺發育、自然繁殖受精卵的孵化和幼鱘的發育造成了影響。

中華鱘雌雄性別比例發生了巨大的失衡，是物種資源的衰退、生存環境的惡化等多種原因導致的。如果這種雌雄比例失衡的現象沒有得到有效改善，葛洲壩下產卵場里有魚無卵的現象將遲早會到來。繁殖季節，由于雄性中華鱘的缺失，雌魚們歷經千難萬險溯流而上卻是趕來赴了一場孤獨的約會。

只有鱘媽媽，也可以嗎

如果長江中的雄性中華鱘比例一直下降，我們只能獲得雌性中華鱘，面對這種極端的情況，中華鱘的繁殖要怎么辦，這個物種還能延續嗎？

為了解決只有單一雌性中華鱘的繁殖難題，杜合軍博士提出了應對的技術手段——單雌性繁殖技術。何為單雌性生殖？單雌性生殖也稱孤雌生殖，即卵子不經過正常精子受精也能發育成正常個體的生殖方式。簡單來說，就是不需要雄性個體，僅僅通過雌性也可以繁殖。

中華鱘是兩性生殖的魚類，在自然條件下單一雌性或單一雄性都不能繁殖后代，需要雌性和雄性親魚共同參與才能完成繁殖。而實際上中華鱘雌雄個體都具有單獨繁殖后代的潛力，但這需要借助一定的生物技術手段才能實現。

我們熟知人類的性別決定是XY型，女性染色體組成為XX，男性為XY，人類后代的性別取決于只含有X的卵細胞和含有X或含有Y的精子的結合。說白了就是后代的性別取決于男性精子中攜帶的染色體。

中華鱘研究所物種保護學科組 攝影/黎明

目前杜合軍博士帶領的團隊基本探明了中華鱘是ZW型性別決定，也就是雌性個體的染色體組成為ZW，雄性為ZZ。這種組成類型與人類不同。后代的性別會是由雌性個體產生的含有Z或者含有W的卵子來決定的。那么用雌性中華鱘來做單性繁殖，孕育出來的后代中華鱘就會有雄性有雌性，其下一代的繁殖就可以實現正常的雌雄兩性繁殖。

激活中華鱘的卵子，可以用到其他魚種遺傳滅活后的精子。所謂遺傳滅活的精子，也就是遺傳物質已經失去活性，不具有傳遞給后代、參與后代遺傳組成的能力，但仍保留其生理上刺激卵子發育的能力。這樣，卵子受到激發后孕育出的個體不攜帶來自父系的遺傳物質，其遺傳物質全部來自母系。因此，就不用擔心父系遺傳物質污染造成孕育出的魚苗是中華鱘與其他魚類雜交后的結果。

針對中華鱘雌多雄少的現狀，除了單雌性繁殖，中華鱘精子超低溫冷凍保存和凍精授精也可以一定程度上解決這個問題，并且還可以模擬中華鱘自然環境中多條雄魚與一條雌魚受精，從而增加后代的遺傳多樣性。

在面對無法獲得雄性中華鱘的極端情況下，這種單雌性生殖以及中華鱘精子超低溫冷凍保存和凍精授精對延續中華鱘物種有著重要的意義。

現代生物技術還能些做什么

除了應對雌雄比例失調的單雌性繁殖外，很多現代生物技術，為更加科學地開展中華鱘物種保護工作提供了可能性和可行性。即使在未來極端情況下，DNA科技也能為中華鱘找到延續物種的出路。比如，中華鱘研究所正在進行的中華鱘人工種群遺傳管理、細胞和精子超低溫保存與中華鱘組織、核酸等離體種質資源庫的建設等。

目前，中華鱘研究所養殖有國內親本遺傳多樣性最豐富的中華鱘人工種群。如何建立高效的核心繁殖群體？如何有效避免近親繁殖配對造成苗種質量下降？中華鱘人工種群遺傳管理為此提供了有效的解決辦法。

每尾中華鱘親魚都植有用于個體識別的電子芯片。通過分子檢測技術對每個個體的遺傳特征進行鑒別后，建立能夠展現人工群體個體間親疏關系的遺傳譜系。這個遺傳譜系就好比中華鱘的“家譜”。再結合每個個體的生物學特征建立系統的管理檔案，用于指導人工繁殖核心群體的建設及苗種繁殖配對策略，對人工種群實施科學化管理。

根據遺傳管理體系，在人工繁殖時就可以選擇親緣關系較遠的個體組成多遺傳多樣性的核心繁殖群體。這樣既可避免人工種群繁殖出現近親繁殖或不當操作造成的迅速衰退，也能提高中華鱘人工繁殖魚苗的質量，對中華鱘進行“優生優育”。

中華鱘離體細胞超低溫保存，是中華鱘物種保護中離體保護的一種方式。自然情況下，個體物種所攜帶的生物信息、遺傳信息會伴隨其生命周期的結束而消失，但通過超低溫保存的細胞可以存活上千年時間。一支筷子粗細的冷凍管中可以保存成千上萬的細胞，這些活細胞可以在出現無法獲取中華鱘活體的極端情況下，不僅用于替代個體進行保護和相關科學研究，還可以復蘇這些保存的細胞，再結合細胞克隆、借腹生子等現代生物技術來復活中華鱘。可以說保存一個細胞就相當于長久地保存了一個中華鱘的個體，保存一管細胞就相當于保存了一個群體。

中華鱘種質資源庫，由精子庫、細胞庫、組織庫、DNA庫、標本庫構成。比如，精子庫適用于雌魚成熟了而缺乏成熟雄魚的問題；DNA庫保存了不同批次中華鱘的DNA，通過一定的生物技術手段再與后代中華鱘的DNA進行混合，可以實現中華鱘遺傳多樣性恢復和增加的可能性；另外，還可以利用DNA數據庫，判斷人工放流的魚苗是否具有野生中華鱘的洄游屬性。在面對中華鱘繁殖和保護問題時，種質資源庫的建立能讓曾經在中華鱘研究所生活過的中華鱘都為此或多或少做出自己的貢獻。

現代生物技術為中華鱘保護增加了一道道保障。但光靠技術和保護機構是不足以阻擋這個物種被人類活動滅絕的腳步。

世界自然保護聯盟（IUCN）瀕危物種紅色名錄中物種保護級別有9類，從最高級別往下，分別是滅絕（EX）、野外滅絕（EW）、極危（CR）、瀕危（EN）、易危（VU）、近危（NT）、無危（LC）、數據缺乏（DD）、未評估（NE）。中華鱘被列入2012年瀕危物種紅色名錄極危（CR）。同一份名錄上，大家熟悉的國寶大熊貓是瀕危（EN）。2016年時世界自然保護聯盟（IUCN）瀕危物種紅色名錄，不再把大熊貓列為瀕危物種，降為易危（VU），這是集齊了整個國家的力量、甚至是國際力量共同努力的結果。

中華鱘作為水生生物，它的保護工作與陸地生物的保護工作相比要更復雜，也更有難度。這就更加需要全社會各界的力量，包括政府、科研機構、環保組織、普通民眾在內，一起攜手齊心共同參與到保護中華鱘這項工作中來，并且從多個方面為中華鱘保護做出實質性的幫助和貢獻，才能留住這個物種。