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2009年，巴西农业研究公司（Embrapa）和巴西利亚动物园开始收集并冷冻在塞拉多热带草原——一个生物多样性极其丰富的热带森林和草原生态系统，至少有10,000种植物和800多种鸟类和哺乳动物，其中一些在世界其他地方都找不到——中被路杀或其他原因死亡的野生动物的血液、精子和脐带细胞。标本采集自丛林犬、领食蚁兽、野牛和灰小鹿等物种。
其目的是保存巴西濒危野生动物的遗传信息。这些组织推断，有一天他们或许能够利用收集到的DNA克隆濒危动物，以增强数量不断减少的种群。到目前为止，这两家机构已收集了至少420个组织样本。现在，他们正在合作开展一个相关项目，该项目将利用这些标本中的DNA来改进繁殖和克隆技术。目前的克隆技术平均成功率不到5%，即使是在处理熟悉的物种时也是如此；克隆野生动物的成功率通常不到1%。
Embrapa研究员卡洛斯·马丁斯说，巴西新项目期间出生的任何动物都将生活在巴西利亚动物园。他和他的团队希望，扩大野生动物的圈养种群将阻止动物园和研究人员从其原生栖息地带走更多的野生动物。马丁斯和他的同事尚未决定他们将尝试克隆哪些物种，但鬃狼和美洲虎是强有力的候选者。《国际自然保护联盟》在其濒危物种红色名录中将这两种动物都列为“近危”，比“濒危”低两个等级。
许多研究人员都认为，目前，克隆并非可行或有效的保护策略。首先，一些自然资源保护主义者指出，克隆并没有解决许多动物首先变得濒危的原因——即狩猎和栖息地破坏。即使克隆理论上可以在真正绝望的情况下提供帮助，但目前的克隆技术也太无效，无法产生太大的影响。与克隆家养物种——特别是牛，多年来已成功克隆牛以复制理想的性状——相比，克隆濒危物种要困难得多，原因有很多。
成功的克隆通常至少涉及三个基本组成部分：来自要克隆动物的DNA；一个可行的卵子来接收该DNA；以及一个母亲来孕育由此产生的胚胎。通常，需要数百个胚胎和尝试怀孕才能产生几个克隆体。科学家通常对濒危动物的生殖生理学了解甚少，这使得从该物种中提取足够数量的卵子或依靠该物种的雌性来分娩克隆体过于冒险。法律保护有时也禁止对受威胁物种进行此类手术。为了弥补这一点，研究人员将濒危物种的DNA与来自近缘物种的卵子融合，并从后者中选择母亲。这种杂交胚胎通常发育不良。
尽管马丁斯和他的同事以及世界各地的一些其他科学家都敏锐地意识到了这些问题，但他们认为，存档濒危野生动物的遗传信息的努力是值得的。一些研究人员仍然乐观地认为，克隆将在未来成为一种有用的保护工具。乐观主义者指出，最近在使用近缘家养物种克隆野生哺乳动物方面取得了成功，改进了防止克隆胚胎发育异常的技术，改善了新生克隆体的护理，以及通过冷冻组织衍生的干细胞实现了体外受精。
首批克隆体
在20世纪50年代早期，罗伯特·布里格斯和托马斯·金在费城兰克瑙医院研究所通过一种称为核移植的技术成功克隆了27只北方豹蛙。细胞核通常被称为细胞的指挥中心，它包含脊椎动物的大部分DNA——除了豆形、产生能量的细胞器线粒体内的DNA。布里格斯和金清空了蛙卵的细胞核，从蛙胚胎的细胞中吸出细胞核，并将这些细胞核注射到空卵中。许多卵子发育成蝌蚪，这些蝌蚪在基因上与捐赠其核DNA的胚胎相同。
1958年，当时在牛津大学的约翰·戈登和同事使用从完全形成的蝌蚪细胞中提取的核DNA克隆了青蛙。与胚胎细胞（其基因具有足够的灵活性，可以变成各种不同的组织）不同，蝌蚪的细胞是“分化的”——也就是说，它们表达的基因模式已经改变，以适应特定细胞类型的轮廓：例如皮肤、眼睛或心脏细胞。戈登证明，当移植到卵子中时，来自成熟细胞的核DNA会恢复到胚胎细胞中DNA更通用的状态。这一突破鼓励科学家尝试使用来自成体细胞的DNA克隆更大的动物。
1996年，苏格兰的研究人员试图克隆一只雌性芬兰多塞特绵羊。他们将从她的乳腺细胞中提取的细胞核注射到近300个来自苏格兰黑脸羊（一种不同的绵羊品种）的空卵中。在这些准备好的卵子中，科学家们设法创造了30多个胚胎。在植入苏格兰黑脸代孕母羊后，只有五个胚胎发育成羔羊。而这些羔羊中只有一只存活到成年。研究人员给她取名为多莉。
从那时起，一些生物学家反复建议，克隆可以帮助拯救濒危物种，尤其是在只剩下几十只或少数几只动物的危急情况下。种群越小、越同质化、越近亲繁殖，就越容易受到单一有害基因突变或疾病的影响。如果研究人员可以获得许多不同个体的保存DNA，克隆理论上可以增加濒危种群的遗传多样性。至少，克隆可以稳定萎缩的种群。一些研究人员认为，基因同质但稳定的种群也比灭绝要好；一些高度近亲繁殖的野生动物群体，例如英格兰的奇林厄姆牛，已经安然无恙地生存了数百年。
可能受益于克隆的一个物种是原产于非洲的北方白犀牛。1960年，全球北方白犀牛的数量超过2,000头，但偷猎已将其数量减少到今天的11头。根据最新的统计，三只生活在动物园——两只在圣地亚哥，一只在捷克共和国——四只生活在肯尼亚的奥尔佩杰塔保护区，根据未经证实的报告，可能还有四只个体生活在野外，但多年来一直没有被发现。大多数圈养动物对交配或不育不感兴趣，尽管两只犀牛在2012年夏天交配。
然而，就目前而言，克隆不太可能帮助白犀牛或任何其他受威胁物种。迄今为止，克隆濒危动物的故事是少数高调成功和许多失败的故事。自2000年代初以来，研究人员使用与生产多莉相同的技术，克隆了几种濒危甚至已灭绝的哺乳动物，包括摩弗伦羊和一种被称为印度野牛的牛科动物（2001年）；一种被称为爪哇野牛的野生牛（2003年）；一种被称为比利牛斯山羱羊的野生山羊（2009年）；以及野生郊狼（2012年）。在每种情况下，出生前死亡的克隆体都比存活下来的多得多；在大多数情况下，没有一个克隆体存活到成年。
不匹配
所有这些尝试克隆濒危或已灭绝动物的尝试都因不同的原因以不同的方式死亡，但它们都有一个根本问题——它们不是其对应物的精确复制品。在大多数情况下，研究人员将来自受威胁物种的DNA与来自相关家养物种的卵子结合在一起。每个代孕母亲通常植入数十个杂交胚胎，以便至少实现几次怀孕，这种策略需要提取数百个卵子。由于对大多数濒危动物的生殖生理学知之甚少，研究人员通常不确定动物何时排卵以及如何最好地获取它们的卵子。在某些情况下，法律保护阻止科学家从受威胁物种中采集卵子。由于所有这些原因，他们转而使用更熟悉的家养物种。
将一个物种的DNA注射到另一个物种（即使是近缘物种）的卵子中，会产生一种不寻常的杂交胚胎，这种胚胎通常无法在代孕母亲的子宫内正常发育。杂交胚胎具有克隆物种的核DNA和供体卵子的线粒体（mtDNA）DNA。随着胚胎的发育，这种不匹配变得有问题。核DNA和mtDNA协同工作；它们都包含从食物中提取能量的细胞蛋白质的遗传配方。在杂交胚胎中，这些蛋白质并非总是能正确地结合在一起，这使得细胞缺乏能量。更复杂的是，代孕母亲通常会排斥杂交胚胎，因为她将胚胎的某些组织，尤其是胎盘，识别为外来物。
另一个问题——也是迄今为止最棘手的问题——是通过核移植产生的杂交胚胎不像大多数胚胎那样是遗传空白。所有脊椎动物的生命都始于空心球状的胚胎干细胞，这些干细胞可以变成几乎任何类型的成体细胞。每个干细胞都包含包装成染色体的完全相同基因组的副本——染色体是DNA和组蛋白的紧密束。随着胚胎的发育，干细胞开始呈现其成体形式：一些变成皮肤细胞，另一些变成心脏细胞等等。不同类型的细胞开始表达不同的基因模式。在每个细胞内部，各种分子和酶与DNA和组蛋白相互作用，以改变基因表达。一些分子，如甲基，会物理阻止细胞机制读取DNA某些片段中的遗传指令；一些酶会松开组蛋白和DNA之间的键，使特定基因更容易被访问。最终，每种细胞类型——皮肤细胞、肝细胞、脑细胞——都具有相同的基因组，但表观基因组不同：一种独特的活性表达或有效沉默的基因模式。随着时间的推移，成体细胞的表观基因组甚至会进一步改变，这取决于动物的生活经历。
因此，当研究人员将成体细胞的细胞核注射到空卵中时，细胞核会随身携带其独特的表观基因组。正如戈登在1950年代的早期实验和随后的研究表明的那样，卵子能够擦除引入的核DNA的表观基因组，在一定程度上清除障碍。这种“核重编程”过程尚不清楚，卵子通常无法正确完成这一过程，尤其是在卵子来自一个物种而核DNA来自另一个物种时。科学家认为，不完全的核重编程是导致许多发育异常的主要原因之一，这些发育异常导致克隆体在出生前死亡，以及许多幸存者常见的医疗问题，例如极高的出生体重和器官衰竭。
一些研究人员看到了解决这些问题的方法。意大利泰拉莫大学的帕斯夸利诺·洛伊是2000年代初成功克隆濒危摩弗伦羊的团队成员之一；克隆体在出生后六个月内死亡。洛伊和他的同事认为，他们可以提高杂交胚胎在代孕母亲子宫内存活的机会。他们首先建议，研究人员可以在实验室中培育杂交胚胎一小段时间，直到它发育成所谓的囊胚——脊椎动物的球形开端，由外圈细胞滋养层组成，滋养层环绕着被称为内细胞团的快速分裂干细胞团。最终，滋养层变成胎盘。洛伊建议，研究人员可以从杂交囊胚中取出内细胞团，并将其移植到来自与代孕母亲相同物种的空滋养层中。由于代孕母亲不太可能排斥来自她自己物种的滋养层，因此其中的发育胚胎有更好的存活机会。
科学家们还弄清楚了如何通过将卵子浸泡在某些化合物和化学物质中（如曲古霉素A）来鼓励核重编程，这些化合物和化学物质会刺激或抑制决定细胞表观基因组的酶。最近，日本神户理研发育生物学中心的若山照彦和他的同事使用曲古霉素A，通过25代从单只供体小鼠中生产了581只克隆小鼠，在某些但并非所有世代中，成功率高达25%。为了解决mtDNA和核DNA的不匹配问题，洛伊建议简单地去除卵子的天然mtDNA，并用要克隆物种的mtDNA替换它——研究人员在1970年代和80年代尝试过，但最近由于原因不明而没有尝试。
近年来，克隆濒危动物最成功的一些尝试涉及两种最受欢迎的家养物种——猫和狗。在新奥尔良奥杜邦濒危物种研究中心，玛莎·戈麦斯和她的同事自2000年代中期以来，使用家猫作为代孕母亲，创造了许多非洲野猫克隆体。戈麦斯说，到目前为止，有8个克隆体存活到成年，并且今天都很健康。她将自己的成功部分归功于野猫和家猫之间的亲缘关系比大多数为克隆目的配对的野生和家养物种更密切。她和她的团队还学会了通过剖腹产手术提高成功率——以避免克隆体承受典型分娩的压力——并将新生克隆体在重症监护室中保存数周，就像对待早产儿一样。2008年，韩国首尔国立大学的B.C.李和他的同事使用家犬成功创造了三只健康的雄性灰狼克隆体。李的团队此前曾创造了两只雌性灰狼克隆体。李证实，所有五只动物都存活到了成年。
戈麦斯正在研究黑足猫（原产于非洲，在红色名录上被列为“易危”）的方法，现在专注于一种不同于核移植的克隆方法。她正试图将黑足猫的成体细胞转化为干细胞，然后诱导这些干细胞变成精子和卵子。然后，通过体外受精或类似技术，她可以将黑足猫胚胎植入家猫体内。或者，干细胞衍生的精子和卵子可以用来使濒危物种的雌性受孕。
说这种方法在技术上具有挑战性还是轻描淡写，但研究人员已经取得了令人印象深刻的进展。2011年，加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯研究所的珍妮·洛林和她的同事从两种濒危物种——北方白犀牛和一种类似狒狒的灵长类动物山魈的冷冻皮肤细胞中生产了干细胞。2012年，京都大学研究生院的桂彦林和同事将成年小鼠的皮肤细胞转化为干细胞，然后将干细胞转化为可行的卵子。在试管中用精子使卵子受精后，研究人员将胚胎植入代孕母鼠体内，代孕母鼠生下了健康且可育的后代。
戈麦斯说：“我不是说克隆会拯救濒危物种，但我仍然相信克隆是另一种工具。但这并不容易。研究进展缓慢。”
泰拉莫的洛伊也仍然乐观。他认为，科学家应该继续收集和保存濒危动物的遗传信息，就像巴西所做的那样，在冰上创建组织生物库，例如圣地亚哥动物园保护研究所在“冷冻动物园”。如果研究人员设法大幅提高野生和濒危动物的克隆效率——无论是通过核移植还是体外受精——那么他们需要的DNA将在那里等着他们。如果他们没有做到这一点，生物库仍然对更基础的研究有用。“一旦濒危动物的克隆技术得到适当建立，它将成为一种非常强大的工具，”洛伊说。“如果有什么可以做的，那将在10年内完成。”