狼妈妈生了个小宝宝：超级父亲是这样诞生的

“代孕”技术的发展让优秀母畜拥有更多后代。

当女性不愿自己生育或因为身体原因无法正常生育，“代孕”技术的进步为这些女性燃起了孕育后代的新希望。有偿的“代孕”服务备受争议，在很多国家也都是明令禁止的。不过，“代孕”在动物养殖业中却是常见的繁殖手段，为畜产品的充足供应做出了重要贡献。

这种“代孕”技术的核心是胚胎移植，一般是将优良母畜的受精卵或胚胎移植到“代孕”母畜子宫内，让后者孕育出与其没有血缘关系的后代，以快速扩大优良母畜的群体。以超数排卵、活体采卵、体外授精、胚胎移植等为代表的繁殖技术，已成为优良种畜快速繁育和新品种培育的重要技术。

第一个“代孕妈妈”

第一个有记录的“代孕”事件可以追溯到1890年，而第一个“代孕妈妈”则是一只比利时母兔。英国人沃尔特·赫普（Walter Heape）在《伦敦皇家学会会刊》上对这一过程进行了详细记载。

1855年，沃尔特·赫普出生于当时英国工业革命的中心城市曼切斯特，家庭富裕，父亲是个成功的商人和银行家，用现在的话说，赫普其实是个不折不扣的“富二代”。赫普原本也计划子承父业，从上大学开始就在父亲的安排下进行多年的商业训练。不过因为健康问题，赫普在24岁时决定放弃经商，选择了科学研究。1882年，赫普被聘为剑桥大学动物形态学助教，开始对动物繁殖和育种产生浓厚兴趣。

1890年4月27日，赫普从一只安哥拉母兔子宫内取出两枚受精的胚胎，移植到一只比利时母兔的输卵管上端。这只7个月大的比利时母兔在胚胎移植3个小时前刚刚与同种的公兔交配受孕。“代孕妈妈”比利时母兔怀孕期满后，生下了六只小兔，其中四只幼兔跟她自己是同一个品种，而另外两只幼兔与安哥拉兔的毛色等特征完全相同，而且与同胎的另外四只比利时幼兔具有显著的差别，因此赫普非常确信他的首次胚胎移植试验成功了。

不过鉴于科学实验需要具有可重复性，后来几年内赫普又进行了多次胚胎移植试验，都以失败告终，直到7年后才再次获得成功，证明“代孕”母畜可以用于繁育另一个品种的后代。第一次胚胎移植试验的详细过程也是在1897年才公布在《伦敦皇家学会会刊》杂志上。1906年，赫普还出版了他的第一本科学图书《育种产业》，这一年他还因为在胚胎移植技术的探索当选为英国皇家学会院士。

体外授精

胚胎移植技术之所以能大规模推广，离不开体外授精技术。大多数繁殖技术都是先在动物身上发展成熟，然后再应用于人类辅助生殖。不过体外授精技术则是用于治疗人类的不孕不育而发展起来的。

介绍体外授精技术之前，有必要先说说人工授精技术的发明。人工授精技术最早是由俄罗斯著名生物学家伊里亚·伊万诺维奇·伊万诺夫（Ilya Ivanovich Ivanov）于1899年发明的。伊万诺夫在研究动物的生殖过程时发现，精子和卵子的结合是动物生殖的关键，如果保存得当，精子在一定时间内仍然可保持活力。最开始，伊万诺夫从刚刚交配的母马阴道内将精子收集起来，用于给其他母马授精并使其怀孕。后来，伊万诺夫又发明了直肠按摩、假阴道等方法来收集精子，并发明了精子保存和消毒等方法，建立了一整套人工授精技术。随后十年，伊万诺夫将人工授精技术应用到马、牛、羊、兔、鸡，甚至狗和狐狸身上。

1922年，伊万诺夫发表了俄罗斯在畜牧生产中大规模应用人工授精技术的结果，引起极大关注，欧洲、美国、日本等国家和地区这才开始研究人工授精技术。到1931年，俄罗斯已有近2万头奶牛使用人工授精技术生产，美国等国家随后也开始大规模应用这项新的繁殖技术。经过不断的技术改进，人工授精效率大幅提高，成本也大幅降低，目前人工授精技术已成为畜牧生产中应该最为广泛的繁殖技术。

值得一提的是，伊万诺夫在人工授精技术方面的开创性研究受人尊敬，但是其在20世纪20年代开展的人猿杂交试验则使科学蒙羞。在利用人工授精技术获得斑马与驴、欧洲野牛与家牛、豚鼠和兔子等杂交后代后，伊万诺夫开始疯狂尝试人猿杂交。他利用黑猩猩的精液给女性志愿者输精，不仅没有获得他所期望的人猿杂种，而且造成部分志愿者死亡，伊万诺夫本人也被流放，并在死后被嘲讽为“红色科学怪人”。

科学家开展体外授精技术的研究可追溯到19世纪80年代末，不过直到20世纪30年代初才在兔子身上获得突破。1934年，当时在英国哈佛大学工作的格雷戈里·平卡斯（Gregory Pincus）和同事从暗灰色母兔体内取出卵细胞，在体外进行授精，继而将受精卵移植到另一个品种新西兰红兔的输卵管内，成功孕育出7只有暗灰色毛发的幼兔。

不过平卡斯“试管兔”作为世界首批体外授精动物的真实性受到质疑。1951年，澳大利亚的科林·奥斯丁（Colin Austin）博士和美国的张明觉博士分别独立发现精子获能是卵细胞受精的必要条件，即精子在雌性生殖道分泌物中一些淀粉酶的作用下，发生一系列变化，才能真正获得使卵子受精的能力。因此有人推测，平卡斯在培育“试管兔”时让卵子和精子混合在一起，并没有精子获能的条件，卵子受精过程其实是发生在将精卵混合物输回到兔子输卵管之后，并非严格意义上的体外授精。1959年，美国张明觉博士首次完成家兔的体外授精，并获得一批“试管兔”。一般认为，张明觉博士的“试管兔”，才是没有争议的世界上第一批体外授精“试管动物”。

除了兔子、小鼠、大鼠等小型动物的体外授精取得成功，相较于猪、牛、羊等大型家畜而言，人类体外授精的重大突破来得更快一些。1978年7月25日，英国生理学家罗伯特·爱德华（Robert Edwards）和妇产科医生帕特里克·斯******托（Patrick Steptoe）合作，对受输卵管闭塞症困扰长达9年的患者的卵细胞进行体外授精，并成功获得体外授精的“试管婴儿”，成为治疗各种不孕不育症最为重要的辅助生殖技术，也为人类和家畜的“代孕”应用奠定了基础。到2018年底，全世界已有超过800万试管婴儿诞生。2010年，爱德华也因此荣获诺贝尔生理学或医学奖。

“试管婴儿”的成功不仅为全世界不孕不育症患者带来巨大的希望，也刺激了家畜的体外授精研究和应用。20世纪80年代，日本、美国等国家的科学家相继培育出世界首批试管牛、试管山羊、试管猪、试管绵羊，甚至体外授精狒狒和黑猩猩也获得了成功。动物“代孕”技术也日趋成熟，在畜牧生产中应用更趋深入。

胚胎越多越好

随着体外授精技术的成熟，胚胎移植技术更有用武之地了。与人类生殖目的不同的是，家畜繁殖技术是希望尽可能扩大优良种畜的遗传潜力。有了人工授精技术，一头优秀的种公牛后代可遍布全世界，后代数量每年可达数千头，甚至上万头。有了体外授精技术和胚胎移植技术，则可让优良母畜繁育出更多的后代，但是其前提是要有更多的卵细胞。

雌性哺乳动物的生殖细胞是逐渐减少的，牛在胚胎期大约有200万个生殖细胞，到出生时仍然有约20万生殖细胞，到成年时只剩下2500个卵泡。牛是单胎动物，平均一年一胎。如果按自然受孕的繁殖效率计算，母牛一生也就能产下十多头小牛。

为了获得更多的卵细胞或胚胎，科学家祭出了三招。

第一招为超数排卵 人工授精。在一个自然发情周期内，牛一般只能排出一个发育成熟的卵子，但是在一些促性腺激素刺激下，卵巢可同时排出多枚卵子，最多可达五十多枚卵母细胞。大概在20世纪40年代开始，英国动物学家发现动物卵巢在一些垂体提取物的作用下，可以排出成熟的多枚卵子。1950年代初，英国剑桥大学的研究人员首先在牛身上利用孕马血清促性腺激素/马绒毛膜促性腺激素（PMSG）诱导牛出现超数排卵。但是这种孕马血清促性腺激素在体内半衰期长，会对动物健康造成长期不利影响。1950年代末，美国明尼苏达大学的研究人员开始利用促卵泡素（FSH）进行超数排卵，取得良好效果。随着1970年代促卵泡素制剂商业化，这种方法也一直沿用至今。结合人工授精，奶牛每次超排可获得6~7枚可移植胚胎，一年可生产20枚以上的可移植胚胎，按50%的产犊率，则可获得10头以上的牛犊，与自然受孕情况下一头奶牛一生的产能相当。目前，全球每年利用这种方法生产的牛体内胚胎大约40万枚以上，大多数被移植到“代孕”母牛体内，对牛群的生产性能持续提升，起到非常重要的作用。

第二招是活体采卵 体外授精。胚胎移植技术、人工授精和体外授精技术都是从啮齿动物发展起来，而活体采卵技术则是专门针对绵羊、牛等大家畜的，后来应用于人类体外胚胎生产。1974年，美国密西根州立大学的科学家首次尝试了活体采卵,在腹腔镜的协助下，他们从经促卵泡素等激素刺激的绵羊卵泡成功抽吸到6个卵母细胞。到20世纪80年代末，超声波引导的体外采卵技术得以发展，成为目前主要的活体采卵技术。

活体采卵与体外授精的结合，使得体外胚胎生产得到大力发展。与超数排卵 体内授精技术相比，活体采卵具有一些明显的优势。比如活体采卵每次可获得10~100枚卵母细胞，每年每头母畜可以繁育50头后代，是超数排卵技术繁育后代数的5倍以上；而且这些卵母细胞可分别与不同公牛的精液进行结合，保持了牛群的遗传多样性，而超数排卵每次收集的胚胎所用到的精子一般来自同一头公牛。

目前，活体采卵 体外授精 体外胚胎成熟 胚胎移植已成为越来越重要的家畜繁殖技术。据国际胚胎技术协会2018年数据显示，全球家畜胚胎生产超过150万枚，其中96.7%来自牛。这些胚胎中，体外授精胚胎超过100万枚。

“超级父亲”

一头种公牛一年能采数万剂甚至数十万剂精液，每头母牛通过活体采卵和体外授精技术获得体外胚胎一年可达100枚以上，通过超数排卵获得的体内胚胎也在二十多枚以上。大量的精液和胚胎并不一定能马上用完，只有当冷冻保存技术发展和成熟后，动物“代孕”技术才能真正大规模在全世界推广起来，优良种畜也得以在世界各个角落开枝散叶。

20世纪30年代，科学家开始尝试利用低温保存细胞，但是低温保存的精子因为细胞内和细胞外形成的冰晶破坏细胞膜，导致冷冻精子无法解冻复活，更别说恢复活力了。1949年，英国国家医学研究所的波尔奇（Polge）等人在《自然》杂志发表了一篇一页纸的简短论文，该研究小组发现甘油作为精液稀释液可以保护包括人类精液在内的各种精液，而且在20%以上甘油精液稀释液的保护下，经-79℃干冰冷冻10周的家禽精液可完全恢复活力，并通过体外授精形成鸡的胚胎。迄今为止，英国科学家的这项研究被引用2300多次，成为人类和其他动物精液和胚胎冷冻保存的基石研究成果。

1950年，英国科学家首次利用冷冻精液获得第一头牛犊。随后几年，科学家不断改进冷冻保存的保护剂、冷冻和解冻程序，推动了人工授精技术在畜群中快速应用，使得人工授精技术日益成为最为常规的繁殖技术。目前美国等国家的奶牛冷冻精液利用率可达90%以上。一些种公牛也成为“超级父亲”，在全世界拥有十几万甚至数十万“儿女”。

一头名叫“玩具总动员”的种公牛成为子女数最多的种公牛。“玩具总动员”出身于2001年5月，名字源自好莱坞动画电影《玩具总动员》。这头种公牛1岁左右开始采精，到2014年10月去世，一生中共生产了240多万剂精液，繁殖的后代超过惊人的50万头，是普通种公牛平均后代数量的25倍，而且它的后代遍布全球五十多个国家。“玩具总动员”之所有如此成功，一方面因为它自己本身非常健壮，产精能力非常强；另一方面因为它的精液受精率和产犊率非常高，而且雌性后代具有身体健壮、产奶量高等特点，非常受欢迎。2009年，它的一头“女儿”以34万美元的高价被拍卖。

胚胎冷冻则要比精液冷冻技术晚得多。1971年，英国剑桥大学生理实验室的惠廷汉姆首次在《自然》杂志报道，他利用干冰保存小鼠8细胞期的胚胎获得成功，这些在-79℃保存的大多数小鼠胚胎解冻后仍然能继续正常发育。第二年，惠廷汉姆等人又在-196℃和-269℃液氮中进一步继续小鼠胚胎冷冻试验，这次他们将约2500枚胚胎进行冷冻，解冻后约有1000枚胚胎复活，将它们移植到“代孕”母鼠体内，约有65%的母鼠怀孕成功，其中40%的怀孕母鼠成功生下健康小鼠。这项研究以封面故事的形式发表在《科学》杂志上，极大地刺激了科学家研究家畜胚胎低温冷冻技术的热情。

1973年，英国罗斯林研究所的发育学家伊恩·维尔穆特（Ian Wilmut）和同事将冷冻保存的胚胎解冻后，移植到“代孕”母牛体内，成果获得一头冷冻胚胎牛犊，命名为霜白（Frosty）。值得一提的是，维尔穆特领导的研究团队在1996年培育出世界首例体细胞克隆家畜——多利绵羊，震惊了世界。

相对于精液和胚胎，人们对卵母细胞的冷冻保存并不是很重视，因为当时卵母细胞较少，体外授精技术也不是很成熟。但是到20世纪70年代末和80年代初，随着活体采卵技术和体外授精技术的日益成熟，卵母细胞的冷冻保存技术也开始发展起来，大鼠、仓鼠、兔子、猴子等动物卵母细胞保存都取得了成功，随后人类的卵母细胞保存技术也日渐成熟。随着卵母细胞和胚胎冷冻保存技术的成熟，“代孕”技术在家畜繁殖过程中越来越重要。

南方周末特约撰稿 汤波