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无壳孵化——“最强求生欲”小鸡诞生记

来源:    发布日期:2018-09-07 19:54:31   阅读量:0

记者/刘辛味 编辑/刘昭  校对/李云凤

一只名为“小茶缸”的小鸡在网络迅速走红,因为它有着一个相当独特的身份——中国首例无壳孵化的小鸡。在央视《加油!向未来》第三季节目亮相后,“小茶缸”相关视频观看量已突破1.7亿。在看过了完整实验过程后,网友们公认它是拥有“史上最强求生欲”的小鸡,并且纷纷大呼:真是“科技改变命运!”

无壳孵化不新鲜但很难

拥有“最强求生欲”的小鸡,可不止这只“小茶缸”。关于无壳孵化技术,可以追溯到上世纪60年代,在早期的尝试中,科学家就能让鸡胚存活几天。科学家一直在尝试无壳的胚胎培养,因为在发育生物学和胚胎学的研究中,鸡胚在壳内发育,观察、实验均极不方便,体外无壳培养则可以克服这些缺点,更有利于教学,可以直接观察胚胎的发育。

1971年,《家禽科学杂志》(Journal of Poultry Science)上刊登了关于在人工膜中孵化鸡胚的论文,作者本是为了研究双黄蛋在免疫遗传学上的特性,所以设计了一套无壳孵化的方法。他将鸡胚放入聚乙烯材料中,并悬空固定在烧杯中,以此观察鸡胚的发育。此后无壳孵化的形式均与之相似。

值得一提的是,1974年,一名美国高中生在自家的地下室里尝试了无壳孵化实验,自己设计了一套利用塑料装置培育胚胎的方法。从此这种简单、直接的方法在生物教育领域大放异彩。到了上世纪90年代,已经有完整的高中课程可以让学生自己进行鸡胚体外培养实验。

不过,这些胚胎培养不能真正地孵化出小鸡。科学家在上世纪80年代还只能让小鸡胚胎存活18天。鸡胚要经过21天的孵化,小鸡才能破壳而出。而孵化的磨炼就在18天时,此时鸡胚开始利用肺部呼吸,需氧量逐渐增大,二氧化碳排出量逐渐增多。即便一般的培养,若通风不顺,细胞代谢过程也会受到阻碍,结果就会变成“毛蛋”。

现代孵化技术也正在18天时落盘,把种蛋从孵化机转移到出雏机上,给予更适合的环境,准备小鸡的诞生。当然,小鸡孵化失败的原因还有温度、湿度的影响,寄生虫、细菌也难辞其咎。同时,缺钙也是导致胚胎发育迟缓的原因之一,导致无法出雏。

孵化是门学问,要在无壳条件下顺利孵化更是不容易。不过这没难住爱丁堡研究所的Perry,他首次完成了鸡受精卵完全体外培养,成功孵化出小鸡。他开创了一种三期培养体系,先取得了单细胞受精卵,然后分别在胚盘发育期的子宫期、1到3天的胚胎,和3到21天的体外期三个不同的培养体系中连续培养,经历了21天的“折磨”,有7%的小鸡成功出壳。他的成果最终发表在国际顶级期刊《自然》上。但他的实验也并非完全无壳,他在第三期的实验中依然使用了代替蛋壳。

此后科学家通过各种材料制成容器来提高孵化率。移花接木般的各种代用蛋壳登上舞台,科学家把鸡胚放入鸭蛋壳、火鸡蛋壳等,都成功地孵出了小鸡。试验的成功也证明了禽类胚胎可以用其他禽类物种的蛋清和蛋壳。

▲蛋壳为鸡胚的发育提供了钙营养(供图/视觉中国)

又是高中生

真正的无壳孵化中,早期只有鹌鹑成功孵化出来。1998年,科学家在玻璃杯中进行鹌鹑胚胎的体外培养,用透气的特氟龙膜封口,并加入了蛋壳粉末和乳酸钙,最终鹌鹑茁壮成长。可是,使用非蛋壳器皿进行体外培养的孵化率很低(只有43%),低于代用蛋壳体系(孵化率80%以上),所以已经很少使用了。

在20世纪八九十年代,无壳孵化也形成了一种竞赛,世界各国科学家都有研究无壳孵化技术,如今技术已经相当成熟。时间转眼来到2013年,几个日本高中生和鸡蛋较上了劲。其实,他们的生物老师堪称无壳孵化专家,教学之余研究相关问题达30年。

为了提高非代壳孵化的孵化率,他带领高中生开始进行无壳孵化实验。他们用了一个塑料杯和透气的保鲜膜,并加入了乳酸钙;在18天时加入了纯氧,最终成功在21天孵出了小鸡,孵化率高达57%。实验也有对照组,未加氧气的从实验第一天开始就不断死亡,最后没有一只小鸡孵出。

他们的实验在2016年时登上了日本综艺节目,随后在网络上传播,引起网友们广泛关注。我国网友看过视频后,在感叹生命奇迹的同时,也在讨论日本高中生的实验是真是假。腾讯科学抓住了这次难得的科普活动机会,联合中国科普博览,邀请中国农业大学李赞东教授,进行了一场“复原”实验,为网友解答无壳孵化这种神奇的技术是否真正存在。

李赞东教授是发育生物学专家,也是我国首位进行鸡胚胎代壳培养的学者。1990年,当时还是博士后的她带领硕士生,在极其简陋的条件下,成功地完成了我国首例鸡胚代壳孵化。

在这次鸡胚孵化实验中,李赞东教授使用了两种模式,一种是类似日本高中生的保鲜膜的方法,另一种则是代用蛋壳的方法,使用了鸭蛋壳。使用保鲜膜的鸡胚在14天时几乎全军覆没,失败的原因正是缺少钙的摄入(本次实验中并未重复日本高中生的方法)。而另一批小鸡最终在21天成功从鸭蛋壳中诞生。

遗憾的是,这次的实验验证并没有解决能否真正无壳孵化小鸡的问题。日本高中生的实验是否真实,甚至牵扯到了学术造假的问题,在知乎上引起了大讨论。也有网友自行实验,均以失败告终。众所周知,生物学上的实验难以完全复原,所以完全无壳的实验也成了“疑案”。

▲在综艺节目中三位日本高中生展示 了她们的无壳孵化实验,但因为是摆拍操作不规范,广大网友纷纷表示实验难成功(来源: 腾讯视频)

“小茶缸”诞生

《加油!向未来》节目团队辗转找到了李赞东教授,开启了新一轮的实验。为了全面还原此次无壳孵化小鸡实验,工作人员进行了21天全方位无死角的拍摄揭秘,最后“小茶缸”登上了第三季第一期节目。

如今,鸟类无壳孵化已经在生物工程学领域有了很大的发展,对于转基因鸡类有效繁殖、胚胎操作等都有直接帮助。中国农业大学李赞东教授说:“我们可以制备人类疾病模型、心血管研究模型,以及药物筛选的模型等,还可以研究环境污染物质对胚胎发育的影响,这将为人类的健康、疾病的预防和治疗提供科学依据。”■

科学小记者优秀作品展示

编辑/刘昭 校对/李云凤

除了探访这只“最强求生欲”的小鸡,科学通讯社小记者还在《加油!向未来》第三季节目录制现场参与了更多的拍摄环节和专家采访,来看他们“来自前方”的报道。

加油!无壳小鸡

高伯谦(北京市崇文小学四年级)

经过前期的层层选拔,我有幸成为北京科技报科学通讯社小记者,与其他四位优秀小记者一同来到河北省大厂影视基地,参与央视《加油!向未来》第三季节目现场录制及采访。

在首先开始的新闻发布会上,来自央视各部门的领导纷纷讲述了第三季《加油!向未来》节目的特色与目标,表达了深耕科学文化氛围的愿望与决心,令在场观众充满期待。我第一次发现,一档节目背后,竟有这么多团队、这么多各领域的工作人员忙于其中,策划、安排、实施,每一个步骤、每一点细节都凝聚着台前与幕后工作人员的汗水。

下午,我们进入了节目的录制阶段,深受观众喜爱的主持人撒贝宁与尼格买提饱含激情地宣告节目开始。整个节目的录制过程再一次颠覆了我的想象,若不是身临其境,我从未设想过拍摄过程的艰辛。整个过程中,对某个拍摄角度的反复定位、嘉宾回答问题的音量语气、现场道具布置的精准调整、观众秩序的维持与氛围的创设……都可能带来节目某一个部分的重新录制, 主持人要在如此复杂的因素中去营造最佳拍摄效果,无论是幕后的工作人员、台上的主持人还是场下的观众,都不断经历着拍摄画面的反复配合直至满意。原来,我每周在电视机上看到的一个半小时的节目,竟经历了如此艰苦的拍摄过程。

在一下午的录制过程中,我还增长了很多其他方面的知识。其中,最叫人激动的莫过于我们观看了我国第一只无壳小鸡的孵化过程,再有10天就孵化成功了!小鸡加油呀!

这次亲临现场,使我深刻感受到了一场节目的台前与幕后竟有如此大的差异。台前的光鲜凝聚了太多幕后的艰苦付出。其实,反观我自己,作为一名科技小记者又何尝不是如此呢?今天来到《加油!向未来》节目现场,有多少人对我们羡慕、敬佩,其实,为了这一次来到“台前”,我们都在幕后做了无数精心准备。这次参加小记者选拔,在稿件撰写阶段,我经历了资料的查阅、信息的收集,照片的整理、文字的斟酌……一系列过程才赢得了稿件的脱颖而出。在面试阶段,我经历了备稿、熟悉、脱稿的过程,一遍遍练习、模拟,才有了面试现场的从容不迫。正如古人所云:台上一分钟,台下十年功。这一次,我才深深地体会了这句古语的内涵,这也是科通社培训中,老师反复强调的吃苦耐劳的精神吧!

寻找兴趣点与适合的学习方法

郑哲(北京市西城区展览路第一小学五年级)

2018年暑假期间,电视科普节目《加油!向未来》第三季在全国热播。电视上播出的那些科学实验,实验结果常常出乎人的意料。但经过科学家的分析,实验结果似乎就应该是这样的,似乎又是可以预测的,这是怎么回事呢?

8月22日,作为科学通讯社小记者,我带着心中对于科学的疑问,采访了《加油!向未来》背后的科学家团队。

吴宝俊博士在节目中主要负责为抢答环节出题,那些让选手们和电视机前的观众们烧脑的科学问题,很多出自他的手中。吴老师毕业于中国科学院物理研究所,现在中国科学院大学任教。他说到,科学是一个很庞大的体系,中间还有很多的小分支,而每一个小分支的学习方法都是不一样的。比如数学、物理这一类的学科,需要很强的逻辑性,要从最基础的概念开始学,循序渐进,就像盖高楼一样,一步一步地把地基打好,一层一层地往上盖,不能拔苗助长。

不过,每个人的逻辑思维和资质是不一样的,学习速度也不一样。最关键的是搞清楚自己的天赋在哪里,然后顺着自己的天赋和兴趣点去培养,用这样的方法去学习。吴老师还认为,如果想成为比较杰出的人才,至少要花费超过1万小时的学习时间,并且这个定律在任何领域都基本适用。

曹则贤教授是在《加油!向未来》第三季节目中出镜的科学家,那些实验背后的科学原理基本都是由他来揭示的,被很多小朋友戏称为“曹神”。对于我的问题,曹老师说,无论干什么,首先都要勤于观察。然后尽量把观察到的现象记录并描述出来,再加以研究。

当然,还有些领域是纯粹的知识,这就需要我们去接触和广泛的阅读,来积累大量的知识和经验。就像博物学、动物学和植物学的很多基础内容,需要依靠记忆和分类,这和数学物理是不一样的。

听完两位老师的话,我似乎有些明白了。原来科学是一个大概念,里面还有很多小体系。对于不同的体系,要采用不同的研究方法,并没有适用于任何体系的统一方法。科学的目的是探索自然,只有遵循一定的方法,才能得到正确的结论。

怎么学好科学?答案居然是“玩”!

张一萱(北京延庆大榆树小学六年级)

“加油向未来,你的前方是星辰大海,出发,趁现在,你的起点是脚下的时代……” 伴随着动听的歌声和观众们的欢呼声还有响亮的掌声,主持人小撒,小尼神气地走了出来。

8月22日,我们五名北京科技报社科学通讯社小记者来到《加油!向未来》第三季节目录制现场,并采访了节目常驻嘉宾曹则贤老师,创始团队中的吴宝俊老师和陈征老师。

曹则贤老师是位五十多岁的老教授,因为他要为大家解释那些不懂的物理问题,所以每次录制前他都要做充足的功课预习,就像我们考试前要复习一样。他每天晚上都读书,不断地积累知识和经验。用曹老师自己的话说就是“活到老学到老”。

通过了解他的经历,我感觉书籍不再枯燥了,同时也激发了我对知识的兴趣。在采访过程中,我们想知道怎样才能学好科学。曹老师和吴老师给出了一个让我们“很诧异”的答案:“现在的小学生就是需要‘玩’,充分地接触大自然,才能感受到生活处处是科学!”

尽管几位老师现在都已经有了很大的成就,但他们还是不断地加油,加油,再加油,努力营造更美好的未来。我们更不能落后!■