一只现存鸽子是让已灭绝鸟类重现计划的核心
Colossal Biosciences表示，其新型人工智能平台已识别出约2,300个DNA目标，可能有助于解释渡渡鸟独特的喙部和面部结构。这家总部位于达拉斯的生物技术公司提出的复育路线，将经过一种分布于安达曼群岛、尼科巴群岛及东南亚其他地区的鸟类：尼科巴鸽。
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该公司目前在得克萨斯州的繁育种群中饲养着36只尼科巴鸽。它计划以这些鸽子的细胞为起点，培育带有部分渡渡鸟特征的鸟类，并结合古DNA、基因工程技术以及借助代孕鸡进行繁殖的技术。
Colossal在GenoMorph公告中介绍，这款工具利用鹌鹑、鸭、鸡和鸽子的发育数据进行训练，旨在从大量遗传差异中筛选出科学家可以在实验室测试的候选项。
该项目面临三项相互关联的任务：找出哪些DNA变化会产生预期特征，在能够将这些变化遗传给后代的细胞中实现改造，以及在渡渡鸟唯一的原生家园毛里求斯准备适宜栖息地。在经过基因改造的鸟类能够成为当地繁育种群的一员之前，这几方面都需要取得进展。
该公司将目标动物描述为一只具备渡渡鸟关键特征、能够正常生存的渡渡鸟。自然历史博物馆则将预期成果称为类似渡渡鸟的鸽子。两种说法的差异反映出一场核心科学争论：对于一种外形和行为仍未被完全了解的动物，基因改造鸟类究竟能与其有多相似。
为何仅有一个现存基因组会带来难题
Colossal已组装出一个高质量的渡渡鸟基因组，而其GenoMorph公告中提到的猛犸象基因组有104个。基因组是一种生物所含遗传指令的集合。拥有多个样本有助于研究人员辨别哪些差异在一个物种内普遍存在，哪些与特定特征有关。
毛里求斯的环境给这些遗传指令的保存带来了难题。高温和潮湿会使DNA断裂成片段，而猛犸象遗骸所处的寒冷环境则保存了更多遗传物质。由于只有一个高质量的渡渡鸟基因组，科学家可用于核实某种遗传特征是否为渡渡鸟普遍特征的样本更少。
根据该公司的渡渡鸟项目计划，Colossal首席科学官贝丝·夏皮罗与哥本哈根大学的汤姆·吉尔伯特和约翰·菲尔德萨共同领导了测序和组装团队。他们使用了从丹麦自然历史博物馆收藏的一具头骨中提取的DNA。
Colossal表示，该基因组的测序覆盖度约为50X。这意味着平均而言，每个DNA位置被读取约50次，有助于研究人员核查序列。该公司还称，基因组约95%的序列已被填充，分析也接近完成。覆盖度衡量的是重复读取次数；完整度则指已恢复的序列比例。
GenoMorph如何寻找渡渡鸟的喙部特征
GenoMorph将现存鸟类的相关信息与渡渡鸟古DNA序列结合起来。Colossal表示，其训练材料包括对胚胎发育六个阶段和面部发育三个区域采集的调控DNA数据，以及来自70多种鸟类的遗传信息和头骨测量数据。
调控DNA就像一组开关和调光器，有助于控制基因何时启动、在哪里发挥作用以及作用强度。对这些调控机制的改变会影响发育中的喙部或头骨形状。
该公司的详细分类列出了653个与喙部大小有关的候选调控元件，以及1,698个与喙部厚度和宽度有关的候选元件。这两类合计2,351个，与标题中约2,300个目标的概数一致。
夏皮罗解释了公司如何从计算机预测推进到实验：
因此，GenoMorph转而研究70多种现存鸟类的头骨和喙部如何发育，并学习哪些遗传开关控制它们的形状。它为我们筛选出约2,300个与喙部大小和形状相关的候选项。我们目前正在实验室验证这些目标。
实验室验证是指改变或测试某个候选DNA区域，并观察结果。研究人员必须弄清哪些候选项会影响发育、影响有多大，以及它们如何相互作用，然后才能决定在尼科巴鸽细胞中进行哪些改造。
尼科巴鸽有何用处？
尼科巴鸽是渡渡鸟现存的最近亲。它们有闪烁着绿铜色光泽的羽毛，也能飞行，与已灭绝的渡渡鸟看起来大不相同，但两者的遗传亲缘关系使尼科巴鸽成为Colossal基因工程计划的基础。
已灭绝的罗德里格斯渡渡鸟也是一项重要的比较对象。Colossal称其为渡渡鸟在遗传上最近的亲属，并利用其基因组帮助了解这两种已灭绝鸟类共享哪些特征。两者的区别很明确：罗德里格斯渡渡鸟提供古代遗传信息，而现存的尼科巴鸽则可提供用于实验和繁殖的细胞。
Colossal表示，成功繁育后，其得克萨斯州的种群已扩大到36只鸟。该种群可供研究人员研究发育、繁殖和遗传特征，同时提供拟议繁殖方案所需的特化细胞。
这些细胞称为原始生殖细胞，简称PGC。它们是最终会发育成卵子或精子的早期细胞。编辑这些细胞可以让遗传变化传递给后代，而不是只改变单只鸟的身体。
培育生殖细胞曾是一个早期转折点
Colossal此前宣布，该公司已从原鸽（也就是城市中常见的家鸽）培育出原始生殖细胞，并使其持续生长60天。在找到能让细胞持续生长的条件之前，研究人员测试了300多种营养物质、生长因子及其他成分的组合。
Colossal鸟类物种项目主任安娜·基特表示，已成熟应用于鸡生殖细胞的培养配方，在包括鹌鹑在内的其他受测鸟类身上都未奏效。不同物种可能需要不同条件，因此原鸽研究成果为尼科巴鸽细胞研究迈出了实际一步。
原鸽研究成果公布时尚未经同行评审。同行评审是指论文发表在科学期刊之前，由其他研究人员进行评估。Colossal随后表示，其在尼科巴鸽研究中已经培育出最终会成为卵子和精子的关键细胞。
原鸽公告发布后，公司描述的下一项繁殖测试，是利用培养出的鸽子细胞，通过代孕鸡培育出活体鸽子。Colossal的计划还包括测试不同条件，以改善尼科巴鸽原始生殖细胞的生长，再将选定的渡渡鸟特征引入这些细胞。
鸡为何是计划的一部分
鸟类繁殖需要采用不同于哺乳动物克隆的方法。Colossal的策略依靠携带源自鸽子的生殖细胞的鸡，并通过基因工程技术去除鸡自身的生殖细胞。
研究人员会将经过编辑的鸽子原始生殖细胞移植到发育中的鸡胚胎里。预期结果是，成年代孕鸟产下由移植细胞产生的卵子，或生成相应的精子。随后通过这一系统进行繁殖，便可培育出携带选定遗传变化的后代。
鸡很有用，因为科学家对鸡的遗传和繁殖已有丰富经验。Colossal还表示，鸡的飞行能力有限，因此比鸽子更容易管理。
夏皮罗解释说，建立母系和父系谱系需要额外时间。研究人员必须培育出能够产生所需生殖细胞的鸟类，再通过繁殖让后代从父母双方获得预期改造。该公司的项目计划还指出，一次进行大量基因编辑的效率有限，这也是一项技术约束。
在蛋内更快测试基因改造
Colossal表示，公司已开发出脂质纳米颗粒，可以将基因工具直接递送至发育中的鸟类胚胎。这些由脂肪物质制成的微小颗粒可将DNA、RNA或CRISPR组件带入细胞。CRISPR是一种用于定点改造DNA的工具。
这种方法的优势在于速度。科学家无需等待鸟类成熟并完成一个繁殖周期，就能观察某项基因编辑对胚胎发育的影响。这有助于他们在投入更漫长的繁殖流程之前，筛选GenoMorph找出的候选项。
最初的实验针对包括原鸽和鸭胚胎在内的鸟类，改造了参与骨骼发育的Runx2基因。Colossal报告称，这些编辑使头骨和面部特征出现了可见变化。
该公司称，初步发现已在颅面发育和分子生物学相关会议上发表，论文计划提交至bioRxiv预印本服务器。预印本会在期刊同行评审之前公开研究成果。下一项实验任务是测试候选调控元件，并为尼科巴鸽生殖细胞筛选有希望的改造方案。
基因改造鸟类能有多像渡渡鸟？
自然历史博物馆的渡渡鸟事实指南解释了一个基本难题：研究人员对渡渡鸟的外形和行为了解有限。没有完整的剥制标本留存下来，只有两具几近完整的骨架，其骨骼已知来自同一个体，二者都收藏于毛里求斯。
该博物馆估计，渡渡鸟身高约70厘米，体重约12公斤。Colossal的项目页面给出的范围更大：身高81至97厘米，体重13至23公斤。博物馆称，渡渡鸟的体重可能会随季节变化，研究还呈现出一种比许多常见插画中更纤瘦、敏捷的鸟类形象。
西安大略大学鸟类研究先进设施联合创始人兼主任斯科特·麦克杜格尔-沙克尔顿表示，生物发育涉及基因、亲代生物学、激素和环境之间的相互作用。他解释了自己为何质疑该公司对目标的描述：
在发育过程中，我们的基因组会与亲代基因组、激素和环境相互作用，以复杂的方式开启或关闭基因。对于已灭绝的物种，我们无法了解或重现这些过程。
康奈尔鸟类学实验室进化生物学家莱昂纳多·坎帕尼亚也质疑，科学家能够在多大程度上重建渡渡鸟的遗传架构及其与环境的相互作用。Colossal的立场是，目标在于重现关键特征和生态功能，而非制造一个基因完全相同的复制品。
毛里求斯需要的不只是一只即将孵化的鸟
渡渡鸟在毛里求斯灭绝，是因为狩猎、栖息地变化以及外来动物改变了这座岛屿。老鼠、猪和其他后来引入的动物威胁着鸟类和鸟巢。任何放归计划都必须应对这些压力，并提供足够的适宜栖息地，以维持不断增长的种群。
历史记录也说明了为何最后一次目击记录和估计灭绝时间并不相同：
- 1598年：荷兰水手抵达毛里求斯。当时渡渡鸟在没有人类定居后引入的捕食者的环境中演化。
- 1662年：有记录以来最可靠的一次目击发生。自然历史博物馆还提到，1680年可能出现过一次目击记录。
- 约1690年：研究人员戴维·罗伯茨和安德鲁·索洛在2003年发表的一项分析中估算了渡渡鸟的灭绝时间，Colossal援引了这项研究。
- 1865年：人们发现马埃布尔沼泽沉积层，其中大量遗骸帮助科学家重建渡渡鸟的生态环境。
Colossal表示，公司正与毛里求斯科学家、保护组织和政府合作，其中包括与毛里求斯野生动物基金会建立伙伴关系。公司也在寻找没有老鼠的地点。首席执行官兼联合创始人本·拉姆表示，放归地点将在完成生态研究并征询社区意见后选定。
拉姆曾表示，希望培育出数千只具有基因改造多样性的鸟类。夏皮罗称，任何引入工作都会逐步进行。此次最新的人工智能公告没有给出孵化日期；拉姆此前提出的至少五至七年这一估算，是在生殖细胞公告期间作出的预测，并非新近确认的时间表。
保护效益与优先事项之争
这些技术也可用于仍然存活的鸟类。培育和保存生殖细胞，并转移有益的遗传变异，可能有助于遗传多样性低或面临严重疾病威胁的种群。
Colossal提到了毛里求斯粉鸽。该公司的项目页面估计其种群数量为375至490只，而1994年野外仅有77只。这些数字反映了种群的恢复，同时也显示近亲繁殖和疾病问题仍在持续，包括受到禽毛滴虫寄生虫感染。
东英吉利大学进化遗传学教授科克·范·奥斯特豪特认为，可以从历史样本或近缘物种中识别抗病特征，并将其引入脆弱种群，这具有潜在价值。他曾收到Colossal捐款，用于粉鸽研究。他认为，这类技术可以助力种群恢复，但栖息地丧失以及生物多样性危机的其他成因仍需要直接应对。
牛津大学生物学家里奇·格雷尼耶警告说，复活灭绝物种的承诺可能会削弱预防物种灭绝的紧迫性。他担忧这会引发道德风险：如果人们相信灭绝物种日后可以被替代，就可能更愿意容忍生态破坏。
Colossal的融资规模使这些争论具有现实分量。公司在此前公布细胞研究成果的同时，还披露新增融资1.2亿美元，使累计融资额达到5.55亿美元，估值达到102亿美元。投资人兼XPRIZE创始人彼得·戴曼迪斯也宣布成立NeoGenesis Capital，支持在健康、农业和保护领域运用Colossal可编程生物学平台的企业。
渡渡鸟项目如今将大量私人资金与具体的实验室测试和保护规划联系起来。下一阶段的里程碑十分明确：验证DNA候选项，培育携带有用基因改造且健康的后代，并在毛里求斯建立种群能够存活的条件。
要点
- Colossal表示，GenoMorph识别出约2,300个与渡渡鸟喙部和面部结构有关的候选DNA目标。
- 该公司拥有一个高质量渡渡鸟基因组，以及在得克萨斯州饲养的一群共36只尼科巴鸽。
- 拟议的繁殖路线使用经过基因编辑的鸽子生殖细胞和代孕鸡。
- 胚胎实验和实验室验证旨在确定哪些遗传变化能够产生有用特征。
- 目标鸟类将具备选定的渡渡鸟特征；科学家仍在争论它能在多大程度上重现这一已灭绝物种。
- 人工智能公告未提及孵化日期，放归规划还需要在毛里求斯开展栖息地工作并征求意见。
