黑猩猩是灵长类中最接近人类的类人猿动物,通过对黑猩猩的基因研究,有助于了解人类自己,以及人类进化过程中的未解之谜——
当1991年国际人类基因组研究组织决定为人类基因组研究立项时,规划者曾有远见地把研究范围扩大到包括对照动物的基因测序。但在当时,列入基因组计划的非人类哺乳动物仅为实验鼠一种。虽然利用老鼠基因组的相关性可对照解释人的基因组无可置疑,但一些生物学家仍对基因开发研究不包括人类的近亲灵长类动物而感到失望。
黑猩猩(Chimpanzee)基因组与人类基因组有惊人的相似性,这在过去作总体DNA对比时早已预料到的。问题在于,当时认为以基因组为基础的人类的独特性最终必需与进化上最亲近的灵长类动物作详尽的对比后才能彻底了解。于是1997年国际人类基因研究组织正式公布将类人猿基因项目列入计划。过后不久,计划又要求研究工作应包括对类人猿的“表现组”(phenome)的考察(表现组是指生物在有关环境条件下出现的一种表现型(phenotype)的全部知识),因为以往我们对类人猿的这方面知识知道得很少。一些有不同造诣的科学家在支持开展黑猩猩基因研究的同时,援引生物医学的理由和潜在的重要性,主张对目前地球上生存的类人猿加以关心和生存保护。
现在国际基因研究组织已将学名为Pantroglodytes的普通黑猩猩的基因组序列草案公布出台,并与人类基因组作了详细的对照,提供了人与黑猩猩基因组比较的广泛信息(例如,插入或删除单个碱基对的差别,和发生在人类或黑猩猩基因组中独特的DNA组成单元的串位等),澄清了多年来关于人类脱氧核苷酸序列数据中存在自相矛盾或混淆的信息,并提出几个关于基因组和生物进化机制的重要问题。该报告采用了合理的染色体编码系统,以利于今后进行人类和类人猿基因组构成组织的对比。
一个极为吸引人的即多年来萦绕于人们脑海中的问题:“是什么造就我们成为‘人’的?”现在有了分子构成的人类基因组序列及与星猩猩基因组的详细对比,是不是已具备充分的条件从DNA基础上来回答这个问题?答复是不!至今仍然不能回答这个问题。因为对人类和星猩猩的基因组序列进行逐行对比并不意味着能提供任何基因组单元结构的内涵。例如,何种基因能使人两足行走、有区别于其他动物的大脑、有说话能力,以及卓越的抽象思维,或人类独特的表现组等。这些问题无法从对比中得到答案,不能不令人失望。这也是基因组学研究遇到实际问题的最新实例,知道对DNA序列的解释必然需要具备关于生物功能的知识,不能仅凭序列就能演绎出功能来。功能基因组学应能判断:什么功能的基因存在于基因组的何处?基因的功能在生物的发育阶段和一生中何时能表现出来?以及不同时期的表现程序。此外,这些表现数据应与相关的表现型知识相结合,并阐明由基因型(genotype)产生为表现型(phenotype)所受到的环境影响。
除了黑猩猩外,还有三种人类的近亲类人猿:倭黑猩猩(bonobo)、猩猩(orangutan)和大猩猩(gorilla),也有同时加以研究的必要。研究的理由:一是了解基因组DNA对人类和类人猿进化中的贡献;二是改善对人类和类人猿的表现组的了解(包括从肌体的分子构造、性格到疾病的症状);三是帮助保护这些人类最重要的近亲不致灭绝。以上三个目标的追求必然引起面对伦理问题的挑战,而这种挑战只有通过学术上的公开争鸣才能解决。
为了解释独特的人类品质的基因基础,要将当前已获得的黑猩猩基因组序列的准确性和完整性提高一步,并获得其他灵长类动物的基因组序列作为辅助材料。黑猩猩和恒河猴的基因组序列已测序完成,但其他灵长类动物基因组尚待完善。这种多物种对比有利于找出人类特定基因所在的编码和调节区域。
一项并列的要求是将人类的基因表现(geneexpression)与其他灵长类动物的基因表现进行对比。为此,需要改进从类人猿身上取得活组织的方法,而单为获得机体样本而去杀死一头类人猿是不能接受的。办法是建设联系灵长类动物饲养场、类人猿禁猎区和动物园与研究机构的通讯网络,当研究机构获悉类人猿自然死亡或患不治之症时能迅速赶赴现场,取得实验样本。样本用于基因表现研究并存放在DNA库内作为资源材料。
仅仅检验成年个体的组织是不能全面了解发育阶段的基因表现和影响的。人类和类人猿之间的关键性区别是从胚胎发育阶段逐步呈现出来。胚胎发育的基因表现可用下列3种实验手段分析:培育转基因生物体、培养干细胞和对发育中样本的直接研究。
过去曾将人的基因转移到老鼠体内作为研究人的基因功能的基本分析方法,现在可进行将人和黑猩猩的纯基因分别转移到老鼠体内作对比分析。但这种方法的效果是极为有限的,理由是灵长类和啮齿类动物之间在大脑、皮肤、先天免疫系统和生殖系统等在功能上存在非常巨大的差异。最直接的办法是将人的基因转移到类人猿身上做实验,但这又会遇到伦理上、实际操作上的巨大难题,致使这种想法实际上行不通。退而求其次,培育一个带有人类基因的猴子,同样存在伦理道德问题。这类研究的可行性需要理论探讨、持久而耐心的等待以及足够的资金。
人的胚胎干细胞培养已成为当前的热门。虽然要培养出类人猿的胚胎干细胞目前尚是一项困难的技术,但迟早必将成为可行的实验方法,因为配子取自试管受精,对动物不会构成永久性创伤。目前人的干细胞研究已取得进展,这种技术必然也能用于黑猩猩。培养黑猩猩干细胞,只要在试管发育阶段取得各种胚胎和分化细胞型的信息,以作为研究基因表现的主要来源。如当前人的干细胞组织和器官工程研究取得成功的话,则对黑猩猩进行平行研究也是可行的,可提供进一步来源以研究基因表现和基本结果,并贡献于将来医治类人猿的疾病。
直接分析胚胎发育阶段基因表现所需的组织材料,原则上可从控制繁殖和手术——终止妊娠中取得(自愿捐献)。这种方法对各种猴类如恒河猴已成熟掌握。对猴子进行胚胎发育阶段基因表现的通盘研究将是费钱的,但必须进行,否则在研究转基因老鼠和黑猩猩干细胞时,出现一些关键的实验问题不能解答。我们不能想象对类人猿也做这类实验是否能行得通,因为仍然有伦理和一些实际问题在作梗。其实像人类一样,通过生育控制和医疗关怀,类人猿的实验样本也同样能够得到的。
促进扩大对黑猩猩和其他类人猿研究的思考的另一理由,是目前还缺乏它们表现型的知识。人类基因组的利用极大地受到人的表现组广泛知识的帮助,其范围从解剖所见、直到人的认知功能。与之形成对照的是,对类人猿表现组知识的认识却极不完整。有些知识来自科幻作品极不可靠,应另起炉灶加强对类人猿在解剖学、生理学、生物化学、神经生物学、认知功能、性格和生态学等各方面的研究。对待类人猿的研究应遵守伦理道德原则,就像对待人类一样,包括良好的医疗关怀。因为增加类人猿表现组的知识将会对了解某些人类疾病起因提供帮助。
最后一个扩大对类人猿研究的思考理由是,对这类动物了解得愈多,就愈能更好地关心和保护它们,只有对类人猿展开全面的研究,才能保护其免予灭绝。现在有了黑猩猩基因组图谱序列,便于人类进一步开展对其的研究,进而了解人类与最亲近的生物的全面关系。只有通过此项研究,才能更好地了解人类自己,了解人类在进化过程中所发生的一切。