ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์สามารถยืมร่างของปลาหนึ่งสายพันธุ์เพื่อผลิตอีกชนิดได้ แม้ว่าพวกมันควรจะเป็นคำถามเปิดก็ตาม
เช้าวันหนึ่งในฤดูใบไม้ผลิในห้องแล็บที่เต็มไปด้วยตู้ปลาที่ไหลวน โกโร โยชิซากิกำลังทำพิธีกรรมสัปดาห์ละสองครั้ง ตู้วางซ้อนกันอย่างเป็นระเบียบบนชั้นวางเต็มไปด้วยปลาที่โยชิซากิกำลังเลี้ยง เขามองดูอย่างคาดหวังเป็นปลาที่มีสีดอกกุหลาบสีชมพูอมชมพูจีนและเห็นจุดเริ่มต้นของการเปลี่ยนแปลง: ปลาเพศผู้ซึ่งมักจะเป็นสีเงินเริ่มเปลี่ยนเป็นสีส้มและสีเขียว และตัวเมียบางตัวมีอวัยวะที่บางคล้ายหลอดอาหาร ท้องของพวกเขา พวกเขาจะใช้มันวางไข่
“นั่นเป็นสัญญาณที่ดี” โยชิซากิพูดอย่างสดใส เขารอมาเกือบสองเดือนแล้วเพื่อให้ปลาโตเต็มที่ ภายในไม่กี่สัปดาห์ เขาหวังว่าพวกมันจะวางไข่และผลิตไข่และสเปิร์มของสายพันธุ์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง
ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา Yoshizaki ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาศาสตร์ทางทะเลที่มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทางทะเลแห่งโตเกียวในประเทศญี่ปุ่นได้พัฒนาวิธีการยืมร่างกายของสายพันธุ์หนึ่งเพื่อผลิตสเปิร์มและไข่ของอีกสายพันธุ์หนึ่ง เช่นเดียวกับที่แพทย์อาจยืมมดลูกของแม่ที่ตั้งครรภ์แทนเพื่อหล่อเลี้ยงตัวอ่อนของมนุษย์ โยชิซากิก็ยืมอวัยวะสืบพันธุ์ของปลาตัวแทนเพื่อเพาะไข่และสเปิร์มหรือน้ำนม
รสขมอมชมพูแบบจีนเป็นหนึ่งในการทดลองล่าสุดของเขา สายพันธุ์ที่รุกรานในญี่ปุ่นสามารถเอาชนะความขมขื่นได้ เมื่อการรุกรานของนกขมวางไข่ในห้องทดลองของโยชิซากิ พวกมันจะผลิตสเปิร์มและไข่ของโตเกียวขม ซึ่งเป็นสัตว์ใกล้สูญพันธุ์ที่ถือว่าเป็น “อนุสรณ์สถานแห่งชาติ” ซึ่งเป็นชื่อของรัฐบาลกลางที่ให้ความคุ้มครองเป็นพิเศษ “มันเป็นสถานการณ์ที่น่าขัน” เขากล่าว ความขมขื่นที่รุกรานจะทำซ้ำสายพันธุ์ที่พวกมันกำลังขับไปสู่การสูญพันธุ์ในป่า
ปลาเหล่านี้จะไม่ใช่ปลาตัวแรกที่ผลิตเซลล์สืบพันธุ์—ไข่และสเปิร์ม—ซึ่งไม่ใช่ของตัวเอง ในปี 2547 โยชิซากิสามารถหาปลาแซลมอนเพื่อวางไข่ปลาเทราท์ได้ เขาและเพื่อนร่วมงานได้ใช้การตั้งครรภ์แทนในการเพาะพันธุ์สัตว์อื่นๆ ได้สำเร็จ รวมทั้งปลาปักเป้าและปลาหางเหลืองญี่ปุ่น และนักวิจัยจากสถาบันอื่น ๆ ได้สำรวจการใช้งานในปลาสเตอร์เจียน ปลาคาร์พ และปลาเทราท์
อนาคตที่ใช้ตัวแทนเสมือนเพื่อช่วยในการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำหรือการอนุรักษ์อาจมีนัยสำคัญ ตัวแทนอาจอนุญาตให้เกษตรกรผู้เลี้ยงปลาเพาะพันธุ์ขนาดใหญ่ในร่างกายที่เล็กกว่า ลดต้นทุนการผลิตปลาเพื่อการบริโภคของมนุษย์ นักชีววิทยาด้านการอนุรักษ์สามารถใช้สายพันธุ์ทั่วไปเพื่อวางไข่สัตว์ที่ใกล้สูญพันธุ์ได้ นอกเหนือจากการเพาะพันธุ์ปลาในลักษณะที่ไม่คาดคิด เซลล์ที่นักวิจัยปลูกฝังในพ่อแม่ที่เป็นตัวแทนยังสามารถถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งหมายความว่านักวิทยาศาสตร์สามารถเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมของสายพันธุ์และใช้เพื่อวางไข่ของปลาตัวเดียวกันในอนาคตได้มากขึ้น ซึ่งเป็นเป้าหมายที่เข้าใจยากที่พวกเขาได้รับ ติดตามมานานหลายทศวรรษ ตัวแทนเสมือนสามารถช่วยรักษาสายพันธุ์ได้ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ควรใช้พวกมันในการทำเช่นนั้นหรือไม่นั้นยังไม่ชัดเจนนัก
แนวคิดในการแช่แข็งเซลล์เพื่อรักษาไว้นั้นย้อนกลับไปหลายศตวรรษ แต่ความสำเร็จครั้งสำคัญครั้งแรกในการเก็บรักษาด้วยการแช่เยือกแข็งนั้นมีมาตั้งแต่กลางทศวรรษ 1900 ในปีพ.ศ. 2492 นักวิจัยในลอนดอนได้แช่แข็งน้ำอสุจิของไก่ และหลังจากละลายแล้ว สเปิร์มก็ยังคงว่ายน้ำได้ทันที ไม่นานหลังจากนั้น วัวตัวหนึ่งก็ให้กำเนิดลูกโคตัวแรกที่กำเนิดจากอสุจิที่แช่แข็งและละลาย นักวิจัยตั้งชื่อมันว่า Frosty
การเก็บรักษาด้วยความเย็นจะทำให้เซลล์หรือตัวอย่างเนื้อเยื่อเย็นลงจนถึง -196 °C ในสภาวะที่เยือกเย็นเหล่านี้ กระบวนการทางชีววิทยาทั้งหมดจะหยุดลง และนักวิจัยสามารถเก็บเซลล์ไว้ได้นานหลายปี “พวกมันอยู่ในแอนิเมชั่นที่ถูกระงับ” Mary Hagedorn นักชีววิทยาทางทะเลจากสถาบัน Smithsonian Conservation Biology Institute ในวอชิงตัน ดีซี กล่าว เมื่อนักวิทยาศาสตร์ต้องการนำชุดยีนที่ต้องการกลับคืนมาหรือเพิ่มความหลากหลายทางพันธุกรรมของสายพันธุ์ที่เสี่ยงต่อการผสมพันธุ์ พวกเขาสามารถละลายตัวอย่างเฉพาะ และกิจกรรมทางชีวภาพของเซลล์เริ่มต้นขึ้นใหม่อีกครั้ง
แม้ว่าในขั้นต้นจะใช้การเก็บรักษาด้วยการแช่เยือกแข็งเพื่อเก็บเซลล์จากมนุษย์และสัตว์เลี้ยง แต่ก็ถูกนำไปใช้กับสัตว์ป่า ในปีพ.ศ. 2518 สวนสัตว์ซานดิเอโกในแคลิฟอร์เนียได้เริ่มสร้างเซลล์ธนาคารสำหรับสวนสัตว์แช่แข็ง ซึ่งเป็นห้องสมุดเก็บตัวอย่างด้วยความเย็น ปัจจุบันมีเซลล์และเนื้อเยื่อจากสายพันธุ์และสายพันธุ์ย่อยมากกว่า 1,000 สายพันธุ์ รวมถึงเสือชีตาห์ กอริลล่า และช้างแอฟริกา สวนสัตว์แช่แข็งอีกแห่งคือโครงการ Frozen Ark ซึ่งตั้งอยู่ในสหราชอาณาจักร เก็บสารพันธุกรรมของสัตว์ใกล้สูญพันธุ์ตั้งแต่เสือดาวหิมะไปจนถึงลิงแมงมุม อสุจิแข็งตัวง่าย ส่วนหนึ่งเป็นเพราะมีขนาดเล็กมาก การเก็บรักษาไข่หรือตัวอ่อนด้วยการแช่เย็นนั้นหายากกว่า แต่เป็นไปได้สำหรับบางสายพันธุ์ เช่นมนุษย์และแรดขาวเหนือ ที่ใกล้สูญพันธุ์ เป็นต้น
อย่างไรก็ตาม สำหรับปลา การแช่แข็งและละลายไข่หรือตัวอ่อนนั้นเป็นเรื่องยาก อย่างแรก พวกมันใหญ่กว่าสเปิร์มมาก แม้ว่าไข่มนุษย์จะมีขนาดประมาณเม็ดทราย แต่ไข่ปลาจะมีขนาดใหญ่เท่ากับเมล็ดข้าวโพดคั่ว ซึ่งเป็นปัญหาในการเก็บรักษาด้วยการแช่เยือกแข็ง “เมื่อเซลล์มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ คุณอาจเริ่มมีผลึกน้ำแข็งก่อตัวขึ้นภายใน” ฮาเกดอร์นกล่าว คริสตัลจบลงด้วยการทำลายเซลล์
Ákos Horváth ศาสตราจารย์ด้านการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำที่มหาวิทยาลัยเกษตรและวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตแห่งฮังการีกล่าว ก่อนแช่แข็งตัวอย่าง นักวิจัยต้องเอาน้ำออกจากตัวอย่าง พวกเขาแทนที่ด้วยส่วนผสมของสารเคมีที่ปกป้องไข่เมื่อถูกแช่แข็ง อย่างไรก็ตาม ในไข่ปลา สารเคมีเหล่านั้นจะกระตุ้นกระบวนการทางชีววิทยาที่ทำให้พวกมันไม่สามารถปฏิสนธิได้ในภายหลัง นักวิจัยบางคนพยายามแช่แข็งเอ็มบริโอของปลา ซึ่งต่างจากเซลล์สืบพันธุ์ที่มียีนครบชุดจากพ่อแม่ทั้งสอง แต่นั่นก็พิสูจน์ได้ยากเช่นกัน ผลึกน้ำแข็งยังก่อตัวเป็นตัวอ่อนที่ละลายกลายเป็นข้าวต้ม เป็นผลให้ที่เก็บแช่แข็งสำหรับปลาโดยทั่วไปจะเก็บเฉพาะน้ำนมและยีนเพศหญิงหายไป Horváth กล่าวว่า “คุณมีสัตว์เพียงครึ่งเดียวเท่านั้น
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำงานเพื่อเก็บรักษายีนของปลาเพศเมียตั้งแต่ทศวรรษ 1950 ซึ่งส่วนใหญ่ไม่ประสบความสำเร็จ เมื่อเวลาผ่านไป ความคิดของพวกเขาก็สร้างสรรค์ขึ้นเรื่อยๆ ในปีพ.ศ. 2560 ฮาเกดอร์นและเพื่อนร่วมงานของเธอได้เอ็มบริโอของปลาม้าลายเพื่อเอาชีวิตรอดจากการแช่แข็งที่ลึกโดยการฉีดอนุภาคนาโนทองคำให้พวกมันขนาดเล็ก จุ่มพวกมันในไนโตรเจนเหลวเป็นเวลาสองนาที และละลายพวกมันด้วยเลเซอร์ (จุดสีทองดูดซับความร้อนของเลเซอร์ ทำให้ทีมละลายน้ำแข็งได้เร็วพอที่จะหลีกเลี่ยงผลึกน้ำแข็งที่น่าสะพรึงกลัว)
คนอื่น ๆ พยายามหลีกเลี่ยงความท้าทายโดยข้ามความต้องการยีนของผู้หญิงไปโดยสิ้นเชิง ในช่วงทศวรรษ 1980 นักวิจัยได้สร้างตัวอ่อนโดยใช้สารพันธุกรรมจากสเปิร์มเพียงอย่างเดียว โดยการทำซ้ำโครโมโซมที่พ่อเลี้ยงเดี่ยวให้มา กระบวนการดังกล่าวสามารถทำงานได้ Horváth กล่าว แต่อัตราการเสียชีวิตนั้นสูงอย่างไม่น่าเชื่อ มีปลาอายุน้อยเพียง 1 ใน 1,000 ตัวเท่านั้นที่รอดชีวิต
จนถึงตอนนี้ แนวทางที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการผลิตปลาจากวัสดุแช่แข็งนั้นเกี่ยวข้องกับตัวแทนเสมือนเช่นเดียวกับในห้องปฏิบัติการของโยชิซากิ ปลาแช่เยือกแข็งเป็นเรื่องลึกลับที่โยชิซากิไม่เคยคิดที่จะแก้ปัญหา ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 เขากำลังค้นคว้าวิธีสร้างปลาดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ เมื่อเขาค้นพบว่าเขาสามารถเติบโตเซลล์เพศจากสายพันธุ์หนึ่งไปอีกสายพันธุ์หนึ่งได้ การค้นพบนี้ฟื้นคืนความปรารถนาอันยาวนานในตัวเขาที่จะช่วยอนุรักษ์สัตว์ ในฐานะนักตกปลาบินตัวยงในวิทยาลัย เขารู้สึกลำบากใจที่พบว่าปลาในลำธารที่เขาโปรดปรานได้หายไปจากปีหนึ่งไปอีกปีหนึ่ง เขาคิดว่าการตั้งครรภ์แทนด้วยปลาอาจเป็นหนทางสู่การปรับปรุงการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ—และอาจช่วยรักษาสายพันธุ์ได้ด้วย
ในการสร้างตัวแทน โยชิซากิรวบรวมเซลล์สืบพันธุ์ระยะแรกจากอวัยวะสืบพันธุ์ของปลาผู้บริจาคและปลูกถ่ายเป็นปลาอีกตัวหนึ่ง ที่นั่นเซลล์ที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะจะพัฒนาเป็นอสุจิหรือไข่ โดยการจับคู่ตัวแทนชายและหญิง นักวิจัยสามารถผสมพันธุ์ปลาใหม่ที่ตรงกับสายพันธุ์ของผู้บริจาค และด้วยการผสมผสานระหว่างการตั้งครรภ์แทนกับการเก็บรักษาด้วยความเย็น นักวิทยาศาสตร์สามารถหลีกเลี่ยงการแช่แข็งไข่หรือตัวอ่อนได้ พวกเขาสามารถแช่แข็งเซลล์สืบพันธุ์ในระยะแรกและละลายก่อนที่จะปลูกถ่าย ขนาดเซลล์ที่เล็กและโครงสร้างที่เรียบง่ายทำให้ง่ายต่อการเก็บรักษาด้วยความเย็น ครั้งหนึ่ง Yoshizaki และเพื่อนร่วมงานของเขาได้นำปลาเทราท์ทั้งตัวไปแช่ในช่องแช่แข็งโดยไม่มีสารป้องกันสารเคมีใดๆ สองปีต่อมา เมื่อทีมดึงปลาออกจากช่องแช่แข็ง พวกเขารู้สึกประหลาดใจที่พบว่าพวกเขายังคงสามารถเก็บเกี่ยวเซลล์ที่ต้องการเพื่อผลิตไข่และสเปิร์มของปลาเทราท์แช่แข็งได้
แม้ว่าการแช่แข็งเซลล์จะแทบไม่เข้าใจผิด แต่การย้ายเซลล์กลับเป็นการผ่าตัดที่ละเอียดอ่อนกว่า จากขวดที่บรรจุเซลล์สืบพันธุ์ระยะแรกเริ่มของปลาผู้บริจาค โยชิซากิดูดเซลล์ประมาณ 10 เซลล์ลงในหลอดแก้วละเอียด และฉีดเข้าไปในโพรงร่างกายของตัวอ่อนที่เพิ่งฟักใหม่ ซึ่งมีขนาดไม่เกินถั่วลันเตา ตัวอ่อนให้บ้านที่อบอุ่น เนื่องจากยังไม่สามารถปฏิเสธเซลล์ของผู้บริจาคได้ ทำซ้ำขั้นตอนแล้วซ้ำเล่า เขาสามารถใช้เซลล์ของปลาผู้บริจาคเพียงตัวเดียวเพื่อฉีดตัวอ่อนระหว่าง 10 ถึง 100 ตัว
อย่างไรก็ตาม การหาตัวแทนที่สามารถฟักตัวเซลล์ของสปีชีส์ต่างประเทศนั้นแม่นยำน้อยกว่า ตัวแทนและผู้บริจาคควรอยู่ในสกุลหรือครอบครัวเดียวกัน หากนักวิจัยหลงทางบนต้นไม้วิวัฒนาการมากเกินไป เซลล์จะไม่พัฒนาเป็นไข่หรือสเปิร์ม ตามหลักการแล้ว ตัวแทนเสมือนก็ปลอดเชื้อเช่นกัน ดังนั้นเมื่อครบกำหนดจะผลิตเฉพาะเซลล์สืบพันธุ์ของผู้บริจาคเท่านั้น หากขั้นตอนสำเร็จ เซลล์ของผู้บริจาคจะย้ายเข้าไปอยู่ในร่างกายของตัวแทนเสมือน ซึ่งได้รับคำแนะนำจากสารเคมี ไปยังรังไข่หรืออัณฑะ ซึ่งเซลล์จะขยายพันธุ์และเติบโตเต็มที่ เซลล์เหล่านั้นสามารถเปลี่ยนเป็นไข่หรือสเปิร์มโดยไม่คำนึงถึงเพศของผู้บริจาค เซลล์ที่ปลูกถ่ายในปลาตัวผู้พัฒนาเป็นสเปิร์ม ในตัวเมียจะกลายเป็นไข่
ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2547 เมื่อโยชิซากิวางไข่ปลาเทราต์จากปลาแซลมอนเป็นครั้งแรก แนวคิดเรื่องการเลี้ยงดูข้ามสายพันธุ์ได้รับแรงผลักดันอย่างต่อเนื่อง ในสาธารณรัฐเช็ก นักวิทยาศาสตร์กำลังใช้ตัวแทนเสมือนเพื่อช่วยกอบกู้ปลาสเตอร์เจียน ซึ่งเป็นกลุ่มของสปีชีส์ที่ใกล้สูญพันธุ์อย่างยิ่งยวดที่สุดในโลก ตามรายงานของ International Union for Conservation of Nature (IUCN) ปลาสเตอร์เจียนบางตัวใช้เวลามากกว่า 20 ปีกว่าจะถึงวุฒิภาวะทางเพศ ซึ่งทำให้การฟื้นฟูประชากรของพวกมันมีความท้าทาย Martin Pšenička ศาสตราจารย์ด้านการประมงและการปกป้องแหล่งน้ำแห่งมหาวิทยาลัย South Bohemia ในสาธารณรัฐเช็ก ซึ่งเป็นผู้นำงานนี้กล่าวว่าสำหรับสัตว์บางสายพันธุ์ ตัวแทนอาจเป็นความหวังสุดท้ายในการฟื้นตัว
เพื่อให้ปลามีโอกาสต่อสู้ Pšenička และทีมของเขาได้ปลูกถ่ายเซลล์สืบพันธุ์ระยะแรกจากปลาสเตอร์เจียนรัสเซียที่ใกล้สูญพันธุ์อย่างยิ่งลงในสเตอเล็ต ซึ่งเป็นสายพันธุ์ทั่วไปที่จะเติบโตเต็มที่ในเวลาประมาณห้าปี นักวิจัยคาดว่าตัวแทนเสมือนจะเร่งการผสมพันธุ์ แต่พวกเขาไม่รู้ว่ามากแค่ไหน “เราไม่รู้ว่าเซลล์สืบพันธุ์จะเติบโตเร็วเหมือนโฮสต์หรือช้าเหมือนผู้บริจาค” Pšenička กล่าว อาจเป็นปีหรือหลายสิบปีกว่าที่พวกเขาจะรู้
จนถึงตอนนี้ นักวิจัยได้จัดตั้งตัวแทนเสมือนขึ้นมาเพียงไม่กี่ชนิด แต่นั่นไม่ได้หยุดพวกเขาจากการเก็บตัวอย่างด้วยความเย็นโดยมีเป้าหมายในวันหนึ่งเพื่อค้นหาพ่อแม่ที่เป็นตัวแทนที่เหมาะสม ในประเทศญี่ปุ่น โยชิซากิได้แช่แข็งเซลล์จากปลาบางชนิดที่ใกล้สูญพันธุ์ของประเทศ รวมทั้งการขมขื่นสามประเภท สายพันธุ์ stickleback หายากที่พบในลำห้วยเดียว และปลาแซลมอนคุนิมาสึ ซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่ก่อนหน้านี้เคยคิดว่าจะสูญพันธุ์
