犀牛接受辅助生殖以拯救物种免于灭绝

自然资源保护主义者正在采取英勇措施,以恢复一头三足苏门答腊犀牛的生育能力,但尚不清楚这是否是一项明智之举

来自 《自然》 杂志

首先,兽医将手臂伸入一个齐肩长的塑料手套中。 接下来,他握住一个超声波探头,并将手臂和探头深深地滑入一头 500 公斤犀牛的直肠中。 包括他在内的所有在场人员的目光都集中在附近笔记本电脑显示器上的超声波图像上。 当兽医将探头在动物的肠壁上移动时,她的子宫出现在屏幕上。 即使对于未经训练的眼睛来说,也很明显存在严重问题:大理石大小的囊肿充满了本应是光滑子宫内膜的空间。 仿佛是为了承认这一事实,犀牛发出了一声悲哀的呻吟。

这头犀牛名叫蓬通,是一头失去了一只脚以及一个功能性子宫的苏门答腊犀牛。 然而,这个物种在马来西亚婆罗洲的未来可能取决于这头独特野兽多毛的肩膀。 如果她想要繁殖,她将需要来自柏林莱布尼茨动物园和野生动物研究所 (IZW) 的托马斯·希尔德布兰特和他的兽医团队来拯救她的子宫——然后将犀牛辅助生殖的界限推向新的极端。


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根据最新的最佳估计,野外仅剩下 200-300 头苏门答腊犀牛(Dicerorhinus sumatrensis),分布在东南亚的三个地区:印度尼西亚的苏门答腊岛、马来西亚半岛和马来西亚婆罗洲的沙巴州(参见 “剩余的犀牛”)。 这种危险的境地是栖息地丧失(主要是为了创建利润丰厚的油棕种植园)和偷猎(为犀牛角黑市提供食物)的毁灭性结合造成的。 自然资源保护主义者表示,该物种数量少、分布分散的种群现在是其生存的最大威胁,动物分布如此稀疏,以至于它们根本无法相遇交配。 由于未在发情期交配的雌性可能会出现子宫问题,因此即使是罕见的相遇也常常徒劳无功。 即使在最好的情况下,犀牛母亲的怀孕间隔也需要几年时间——这意味着野外的出生率不太可能跟上偷猎和自然死亡的速度。

极端措施
这种绝望的境地促使沙巴州的自然资源保护主义者得出一个绝望的结论:维持当地犀牛种群的唯一方法是尽可能多地捕捉剩余的动物——可能只有 30 头——并对它们进行辅助生殖技术。 这包括清除蓬通的子宫,以及体外受精 (IVF) 和克隆等技术,这些技术很少以保护的名义使用。 沙巴州哥打基纳巴卢婆罗洲犀牛联盟 (BORA) 执行董事约翰·佩恩说:“要么我们放弃,要么我们努力让每一头有生育能力的犀牛都为这个物种的未来做出贡献。” “最好的方法是将它们带入围栏式的管理设施。”

这种拯救高度濒危物种的极端尝试并非没有先例。 自然资源保护主义者通过英勇的努力,将阿拉伯羚羊 (Oryx leucoryx)、黑足鼬 (Mustela nigripes) 和加州秃鹰 (Gymnogyps californianus) 等物种从灭绝边缘拉了回来,方法是将所有剩余的动物聚集在一起,使用人工授精来传播精子并最大化遗传多样性,并通过昼夜不停的畜牧业来维持后代的存活。

然而,就苏门答腊犀牛而言,一些自然资源保护主义者担心,如果没有扭转导致它们灭绝的环境压力的长期战略,仅靠圈养繁殖永远无法恢复野生种群。 纽约市野猫保护组织 Panthera 的首席执行官艾伦·拉比诺维茨说:“除非你减轻了首先消灭它们的威胁,否则这不是一个计划。” 其他人则对将如此多的资金和精力投入到一个单一物种——在蓬通的例子中,是一头单一的动物——感到不安,因为成功的机会如此渺茫。 纽约市新知识组织 (New Knowledge Organization) 的首席执行官约翰·弗雷泽说:“今天保护工作面临的最大挑战之一是我们无法退后一步,承认有些动物只需花费更少的工作和更少的资金,但有潜力为了它们的遗传多样性而生存到未来。” 新知识组织是一家智库,也是物种保护分类应对措施的倡导者。 “它们可能没有那么有魅力,但坦率地说,我们必须承认,有些物种注定要灭绝,这真的、真的很令人难过。”

蓬通的名字大致翻译为“树桩”,是在 2007 年获得的,当时沙巴州东部塔宾野生动物保护区的一名护林员发现了她独特的三足足迹。 据推测,她一定是在幼年时被偷猎者的陷阱绊倒而失去了一只脚,她的母亲将她抚养长大,恢复了蹒跚的步态。 BORA 的现场经理、现场兽医以及最了解蓬通的人扎伊纳尔·扎哈里·扎伊努丁说:“如果她已经两岁了,她身上的伤口就不会愈合。”

2010 年 4 月,沙巴野生动物部和 BORA 开始联合行动以捕捉她。 这是将尽可能多的沙巴州剩余犀牛带入圈养环境的努力中的第一步。 但直到令人沮丧的 20 个月后,她才最终走入陷阱。 2011 年圣诞节,一架直升机将蓬通空运到她在保护区内临时圈养设施的当前住所。 佩恩估计,包括租用直升机和建造围栏的费用在内的整个行动,使 BORA 损失了超过 25 万美元。

由于蓬通显然正值生育旺盛期,并且自 2008 年以来有一只名叫塔姆的雄性犀牛居住在那里,因此人们希望很快就能听到幼小犀牛的脚步声。 然而,当希尔德布兰特和他的团队在 2 月份进行的超声波扫描显示蓬通的子宫布满囊肿,这使得任何足月妊娠几乎不可能时,情况出现了一些挫折。 她的处女膜破裂表明了一种解释。 希尔德布兰特说:“我们认为她一定是在野外交配并怀孕了,但由于她的残疾,她无法维持胎儿,胎儿在子宫内死亡。” 希尔德布兰特专门从事濒危哺乳动物的辅助生殖,自 2004 年以来一直参与沙巴州的犀牛工作。 流产导致了囊肿。 希尔德布兰特说:“这种病理在犀牛中并不少见,但很少有这么严重的。”

十年前,这可能是放弃的时刻。 但生殖医学的发展速度如此之快,以至于蓬通仍然有选择,特别是考虑到她似乎相对年轻——还有长达 10 年的生殖寿命——并且她的排卵周期似乎正常。

三月底,希尔德布兰特和他的两位 IZW 同事带着装满兽医用品的巨大行李箱飞回沙巴州,执行子宫救援任务:绿色手术服、麻醉剂、抗生素、滴注液、探头、希尔德布兰特及其同事为犀牛人工授精而获得专利的碳纤维导管,以及一个装有 2 米长视频内窥镜的枪箱,该内窥镜是为适应蓬通的生殖道量身定制的。

到达塔宾保护区后,IZW 兽医、BORA 工作人员(包括佩恩和扎哈里)以及沙巴野生动物部的首席现场兽医聚集在荧光灯刺眼的光线下的一间小屋中,听取即将到来的手术的简报。 希尔德布兰特解释说,如果一切按计划进行,他会将内窥镜插入蓬通的子宫,并尝试刺破一些囊肿,特别是那些阻止精子进入输卵管的囊肿。 这可能会为人工授精(人工授精或由塔姆授精)铺平道路,然后迅速收集受精卵,然后再植入。 通过在她剩余的生殖寿命中每月重复该手术,可能会收集多达 100 个胚胎,将它们冷冻在液氮中,以便在未来几年植入代孕雌性体内。

在回答了大家的问题后,希尔德布兰特和他的团队将他们的设备推到雨中。 当兽医经过前往蓬通围栏的路上时,数千只看不见的两栖动物的呱呱叫声突然消失了。

稀有品种
过去在圈养条件下繁殖苏门答腊犀牛的努力非常不成功。 1984 年至 1993 年间,该地区至少有 35 头野生犀牛被圈养,但没有一头幼崽出生。 动物学家对犀牛的生殖节律知之甚少,繁殖设施很少容纳雄性和雌性的良好组合,而且关于沙巴犀牛是否是苏门答腊犀牛亚种的争议意味着印度尼西亚和马来西亚之间,甚至马来西亚半岛和马来西亚婆罗洲之间都很少合作。 这些徒劳的尝试使包括拉比诺维茨在内的一些自然资源保护主义者感到沮丧。 在 1995 年发表的一篇坦率的文章中,他指责保护界“正在帮助一个物种走向灭绝”,因为他们过分强调苏门答腊犀牛的圈养繁殖,而牺牲了“更困难的野外保护和管理工作”。

现在圈养繁殖的理由可能更充分了。 佩恩说:“在马来西亚半岛,这个物种要么已经灭绝,要么即将灭绝。” 在沙巴州,“数量如此之少,以至于没有任何方法可以确定现在还剩下多少。” 他回忆说,在 1980 年代,当他在现在的塔宾野生动物保护区工作时,他曾在野外几天内遇到犀牛的足迹。 他说:“现在,我们最多每年只能找到一两次旧犀牛足迹。”

与此同时,圈养繁殖取得了一些成功。 2001 年,辛辛那提动物园宣布了自 1889 年以来第一头在圈养条件下出生的苏门答腊犀牛。 同一对明星繁殖配对(从印度尼西亚借来)又繁殖了两头幼崽。 辛辛那提动物园濒危野生动物保护与研究中心主任特里·罗斯说:“我们必须学习如何喂养这个物种,我们必须了解它的生殖生理学,谢天谢地,我们开始得很早,因为现在看来[圈养繁殖]是该物种的严重需求。” 该中心与印度尼西亚 Way Kambas 国家公园的苏门答腊犀牛保护区密切合作。

圈养设施之间的合作也出现了更多迹象。 在雅加达举行的苏门答腊犀牛全球管理和繁殖委员会 3 月会议上,各方签署了一份“合作意向书”。 这搁置了过去分类学上的差异,并承认所有圈养动物都应成为全球统一管理的繁殖计划的一部分,并且圈养设施将“根据可用性和需求”共享精子和胚胎。 为了证明这种新的友好协议,沙巴野生动物部已同意将从塔姆采集的精液送到辛辛那提动物园,以尝试对一头年轻雌性犀牛进行人工授精,当她达到性成熟时。 但罗斯说,全球只有十只圈养动物——辛辛那提动物园三只,苏门答腊犀牛保护区四只,塔宾保护区三只——需要在苏门答腊再捕捉更多动物才能建立一个可行的圈养种群。 她说:“我们需要将它们拉进来并进行密集管理,并确保尽可能多的动物繁殖。”

拉比诺维茨承认圈养繁殖的紧迫性更高,但他对关于野生种群规模、性别比例和繁殖成功率的数据是否足以说明野生种群正处于最终衰退或圈养繁殖——他说这是“绝对的最后手段”——是唯一的选择表示质疑。 “当你缺乏信息,只是说没有希望时,那么你真的在为这本书写结尾了。”

子宫手术
在进行超声波扫描之前,毫无戒心的蓬通被一桶切好的香蕉诱入一个小围栏。 希尔德布兰特的同事弗兰克·格里茨用注射器装满了一剂镇静剂,剂量经过计算,可以使她进入站立麻醉状态,然后穿过栅栏将针头插入她稀疏的皮下。 几秒钟之内,她就放松地躺在吊索中,吊索支撑着她的身体,并且比躺下更容易将内窥镜插入她的子宫。

当该团队的第三名成员罗伯特·赫尔墨斯将戴着手套的手臂伸入蓬通的直肠时,她几乎没有畏缩。 她已经接受了一段时间的强化训练,以适应医疗程序。 现在,如果不是兽医蹲在她身后,就不可能看出她正在接受经直肠超声波扫描。

然而,将近一个小时后,最初的压力迹象开始显现——但不是来自蓬通。 超声波检查结束了,希尔德布兰特正在努力将碳纤维导管插入她的子宫。 他跪在地上,右臂深深地伸入她的阴道,脸颊蹭着她的臀部,他的脸上充满了专注的神情,他的手术服被汗水浸湿。 蓬通的子宫颈由于月经周期的阶段而紧紧收缩,这证明是导管的严重障碍。

最终,希尔德布兰特获得了成功,能够用无菌细胞培养基冲洗子宫,这将用于测试任何潜在的感染。 由于子宫颈如此狭窄,因此没有希望继续使用更大口径的内窥镜,但在希尔德布兰特取出导管之前,他注入了高浓度的青霉素溶液。 这将摧毁任何病原菌,并且浓度如此之高,以至于它实际上可能会剥离一些内膜和囊肿,从而可能更容易尝试受精和胚胎收集。 希尔德布兰特已成功使用这种方法来提高两只老虎和一只豹子的生育能力。 如果它不起作用,首选的下一步是在未来的某个日期进行类似的手术,但要注入更具腐蚀性的化学物质(如煤油)来攻击囊肿。 这存在风险。 希尔德布兰特说,该团队必须确保治疗“不会过于激进以至于破坏子宫”。

在兽医结束工作之前,还有时间为蓬通的残肢制作一个模型,该模型将用于制作假肢。 这将使她能够更舒适地活动。 如果她有机会与塔姆交配,这只脚也将有助于在半小时的交配过程中支撑塔姆在她背上的重量。

即使胚胎收集被证明不成功,也可能不是蓬通的末日。 应该有可能通过将细针穿过她的直肠壁并插入她的卵巢来收集未成熟的卵子。 挑战在于让它们在体外成熟和受精。 IZW 兽医曾在白色和黑色犀牛身上尝试过这种方法。 他们获得了 29 个卵子,并设法使其中一个受精,但胚胎没有超过四细胞阶段。 唯一一次在苏门答腊犀牛身上采集卵子的尝试——来自辛辛那提动物园的明星雌性犀牛,就在她在 2009 年去世后——没有成功。

还有其他更具未来感的选择。 从理论上讲,可以克隆蓬通,从她的一个细胞中提取细胞核,然后将其注入一个剥夺了自身 DNA 的卵子中。 意大利特拉莫大学的生殖生物学家帕斯夸利诺·洛伊说,犀牛卵子短缺不一定是问题。十多年前,他曾使用家羊作为卵子和代孕母体的来源,克隆了一种濒危的绵羊近亲——盘羊。 他建议:“玩玩看。” “将一些犀牛线粒体和一个细胞核注入马卵中。” 洛伊说,这有可能产生一个可行的胚胎,该胚胎可以由代孕母马成功地培育到足月。

加州圣地亚哥动物园的科学家们采取了另一种策略,他们去年表明,可以诱导来自几乎灭绝的北方白犀牛 (Ceratotherium simum cottoni) 的库存储备组织形成多能干细胞系,该细胞系能够形成许多组织。 这些细胞有可能用于产生功能性配子,使用与在小鼠中产生精子相同的技术。

希尔德布兰特提倡在尝试体外受精或其他生殖技术之前进行自然交配,但他已经开始储存犀牛组织。 凭借德国联邦教育和研究部于 2010 年 12 月授予的 50 万欧元(64 万美元)拨款的一部分,他在哥打基纳巴卢建立了一个冷冻库设施。 其中有来自塔姆和格洛戈布的成纤维细胞,格洛戈布是塔宾野生动物保护区圈养的一头失明且年迈的雌性犀牛。 来自蓬通的细胞也将很快加入它们的行列。 希尔德布兰特说:“如果我们找不到解决方案,那么我们之后的人可以找到。” “我们有责任将其提供给下一代。”

然而,在苏门答腊犀牛这样的物种中,这些技术能否成功,其基本生物学仍然知之甚少,这种可能性似乎很渺茫。 罗斯说,与我们面临的其他一些问题相比,组织库存储备“不是优先事项”。 印尼政府 2007-17 年的犀牛保护行动计划中没有提及组织库存储备。

资金也短缺。 具有讽刺意味的是,BORA 迄今为止最大的捐助者是吉隆坡森那美集团的慈善机构森那美基金会,森那美集团是世界上最大的棕榈油生产商之一,棕榈油作物导致了犀牛大部分雨林家园的破坏。 它已承诺再提供 200 万美元,用于资助 BORA 到 2015 年的运营,此后该慈善机构将自负盈亏。 佩恩承认:“这有点令人担忧。” 希尔德布兰特说,他从德国政府获得的拨款已经到期。 他知道他需要在蓬通身上取得一些可证明的成功才能获得更多资助。 他说:“如果我们在未来几个月内没有成功,那么我认为该计划就结束了。”

其他保护生物学家认为,情况已经如此。 弗雷泽问道,即使辅助生殖技术确实可行,新动物又能存活多久? “我担心的是,[苏门答腊犀牛]作为地球上一个物种的未来生存能力以及任何后代的未来生存能力确实令人怀疑,因为栖息地根本不存在。 因此,我对优先事项的设定提出质疑,尽管我当然可以理解那些投入精力拯救动物的人的情感状态。”

当然,蓬通对这些情绪和争论一无所知。 手术结束后,格里茨再次给她注射药物以逆转麻醉效果,几分钟后她就从吊索中出来了。 扎哈里进入围栏,拉开软管给她冲洗。 这是她显然很享受的仪式,抬起脖子迎接雨点般落下的水滴。

蓬通可以在科学界对她的不育症进行下一次攻击之前,享受几个星期的休息和香蕉。

本文经 《自然》 杂志许可转载。 该文章于 2012 年 5 月 30 日首次发表

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