迪伦·弗内斯是佛罗里达州的一名科技记者。他的作品曾出现在Quartz、OneZero、PBS等媒体上。这个故事最初出现在黑暗力量上。
1999年8月，当德克萨斯州的牧场主拉尔夫·费希尔(Ralph Fisher)看到世界上第一只克隆小牛时，他根本不在乎科学家们怎么说:他知道这是他的老婆罗门牛吉斯(Chance)重生了。大约在一年前，德州农工大学的兽医们从吉斯的一只鼹鼠身上提取了DNA，并利用样本创造了一个基因替身。Chance没能活着见到第二个自己，但当这头小牛出生时，Fisher给它取名为second Chance，并确信它就是那头牛。
科学家提醒费雪，克隆更像双胞胎而不是复制的副本:两者的行为甚至看起来都可能不同。但在费雪看来，第二次机会就是机会。它们不仅从一定距离看是一样的，它们的行为也是一样的。他们吃东西的姿势都很古怪;放在院子里的同一个地方。但在2003年，“第二次机会”袭击了费希尔，并试图用角抵死他。大约18个月后，这头公牛不方便地把费希尔抛到空中，把他撞到围栏上。尽管缝了80针，还撕裂了阴囊，费舍尔还是拒绝接受“第二次机会”不同于他温顺的同名同姓的说法，他在电台节目《美国生活》(This American Life)中说:“我原谅他，你知道吗?”
自“第二次机会”标志着基因工程的里程碑以来的20年里，牛已经在生物技术研究的第一线获得了一席之地。今天，世界各地的科学家正在使用尖端技术，从皮下生物传感器到专门的食品补充剂，努力提高全球3850亿美元肉牛行业的安全性和效率。除了提高利润，他们的努力还受到了迫在眉睫的气候危机(牛在其中发挥了重要作用)以及消费者对牲畜福利日益关注的推动。
基因编辑是这些技术中最具革命性的。虽然经过基因编辑的牛还没有被批准供人类食用，但研究人员表示，像CRISPR-Cas9这样的工具可以让他们改进传统的饲养方法，创造出更健康、更肉质、对环境危害更小的牛。牛也被注入了人类免疫系统的基因，以产生对抗COVID-19的抗体。(与此同时，猪和山羊等非牛类牲畜的基因已被破解，用于培育可移植的人体器官，并在它们的奶中生产抗癌药物。)
但一些专家担心，生物技术牛可能永远无法走出谷仓。首先是光学问题:基因编辑往往因为在有争议的研究和生物技术失误中扮演的角色而登上头条。CRISPR-Cas9常因其改变生命蓝图的潜力而受到称赞，但这种巨大的前景可能会成为流氓和无良研究人员的负担，促使监管机构加强对该技术使用的限制。目前还不清楚公众会有多渴望购买基因编辑动物的牛肉。因此，问题不在于这项技术是否能用于培育超级牛，而在于消费者和监管机构是否会支持它。
牛是气候变化的催化剂。根据联合国粮农组织(FAO)的数据，牲畜占人类活动产生的温室气体排放量的14.5%，其中牛占三分之二。解决这个问题的一个简单方法就是少吃肉。但肉类消费预计将随着全球人口和平均收入的增加而增加。联合国粮农组织2012年的一份报告预测，到2050年，肉类产量将增长76%，而牛肉消费量每年将增长1.2%。据美国农业部(Department of Agriculture)称，预计美国的牛肉产量将在2021年创下纪录。
对加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)的动物遗传学家艾莉森·范·埃南纳姆(Alison Van Eenennaam)来说，部分答案是依靠更少的资源创造更高效的牛。根据范·埃南纳姆的说法，美国的奶牛数量从20世纪40年代的2500万头左右减少到2007年的900万头左右，而牛奶产量却增加了近60%。范·埃南纳姆将这种生产力的提高归功于传统的选择育种。
她说:“你不需要成为火箭科学家，甚至数学家，也能计算出今天一杯牛奶所造成的环境足迹或温室气体，大约是20世纪40年代一杯牛奶所造成的环境足迹或温室气体的三分之一。”“任何能加快传统育种速度的事情，都将减少一杯牛奶或一磅肉所造成的环境足迹。”
现代基因编辑工具可能会加速这一进程。通过精确切割DNA，遗传学家可以插入或移除与特定性状相关的自然基因。一些专家坚持认为，基因编辑有可能引发一场新的食品革命。
华盛顿州立大学(Washington State University)的生殖生物学家乔恩·奥特利(Jon Oatley)希望利用CRISPR-Cas9来微调粗壮、抗病和耐热公牛的遗传密码，这些公牛已经在开阔的牧场上繁殖繁殖。他说，通过使一种名为NANOS2的基因失效，他的目标是“消除一头公牛制造自己精子的能力”，将接受者变成从产量更高的优质股票中提取精子干细胞的替代品。这些用奖品公牛的精子进行杂交的后代将被放生到基因隔离且难以接近的牧群中，优质基因将被传递给它们的后代。
奥特利说，此外，代孕母系将使牧场主能够引入想要的性状，而不必把他们的牧群赶到一个地方进行人工授精。他设想，这种经过基因编辑的牛将为巴西等热带地区的牛群提供服务。巴西是世界上最大的牛肉出口国，全球约15亿头牛中，约有2亿头来自巴西。
巴西的牧群主要是耐洛尔(Nelore)，这是一种顽强的品种，缺乏安格斯(Angus)等品种的胴体和肉质，但可以承受高温和潮湿。奥特利说，把一头安格斯公牛放在热带牧场上，“它可能会在屈从于环境之前坚持一个月”，而一头携带安格斯精子的内洛尔公牛则不会受到气候的影响。
奥特利说，他们的目标是将强壮公牛的基因引入这些效率较低的牛群，提高它们的生产力，降低它们对环境的整体影响。“我们的资源正在减少，”他说，需要新的、创新的战略，让这些有限的资源持续下去。
奥特利已经在老鼠身上展示了他的技术，但在牲畜身上面临挑战。首先，禁用NANOS2并不一定会阻止代孕牛产生自己的精子。虽然奥特利已经证明他可以将产生精子的细胞移植到代孕牲畜体内，但研究人员还没有发表证据证明代孕牲畜能产生足够高质量的精子来支持自然受精。“你需要多少细胞才能让这头公牛真正生育?”卡尔加里大学(University of Calgary)的生殖生物学家伊娜·多布林斯基(Ina Dobrinski)问道。多布林斯基是大型动物生殖细胞移植的先驱。
但奥特利面临的最大挑战可能与生物工程养牛业的其他人一样:克服监管限制和社会怀疑。美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration，简称fda)将代孕动物归类为基因编辑动物，这意味着在它们的后代出售给人类消费之前，它们将面临严格的审批程序。但奥特利坚持认为，如果他的方法成功，精子本身不会进行基因编辑，产生的后代也不会。唯一经过基因编辑的样本将是代祖，它们的作用就像精英精子旅行的容器。
尽管如此，多布林斯基说，“这是一个非常具体的区别，我不确定这将如何与监管和消费者接受。”
事实上，当基因编辑有利于动物福利时，美国人对基因编辑的态度总体上是积极的。许多奶农更喜欢没有角的牛，因为当1500磅重的牛挥舞犄角时，犄角会造成伤害，所以他们经常用腐蚀性化学物质和滚烫的熨斗在痛苦的过程中烧掉它们。在去年发表在《公共科学图书馆·综合》(PLOS One)杂志上的一项研究中，研究人员发现，“大多数美国人愿意食用转基因无角牛生产的食品。”
不过，专家们说，近年来在牲畜和人类身上发生的几起引人注目的基因编辑失败，可能会让消费者认为新的生物技术既危险又笨拙。
2014年，明尼苏达州一家名为Recombinetics的初创公司利用基因编辑工具TALENs (CRISPR-Cas9的前身)培育出了一对杂交的荷斯坦牛，切割牛的DNA并改变基因，以防止牛长角。凡·埃南纳姆的实验室与这家公司合作。荷斯坦牛几乎总是携带有角的基因，是高产奶牛，所以使用传统育种从低产量品种引入无角基因会损害荷斯坦牛的产量。基因编辑提供了一个机会，只引入重组学想要的基因。他们希望用这个实验来证明来自母牛后代的牛奶在营养上与来自未编辑过的牲畜的牛奶相同。这样的结果可以为将来使霍尔斯坦无角的努力提供参考，但不会降低生产效率。
这个实验似乎奏效了。2015年，Buri和Spotigy出生了。在接下来的几年里，这一突破得到了媒体的广泛报道，当布里的无角后代在2019年4月登上《连线》杂志的封面时，它成为了畜牧业未来的表面面孔。
但去年初，FDA的一名生物信息学家对布里的基因组进行了测试，意外地发现了不属于布里的一小部分遗传密码。被称为质粒的细菌DNA残留在编辑过程中，携带着与细菌耐药性有关的基因。重组动力学曾用质粒编辑公牛的基因组。FDA公布研究结果后，媒体的反应迅速而激烈:“FDA在基因编辑过的牛身上发现了令人吃惊的东西:耐抗生素的非牛DNA，”一篇文章的标题这样写道。“一部分是牛，一部分是细菌?””另一个阅读。
重组学一直坚持认为，剩余的质粒DNA可能是无害的，并强调这种基因错误并不罕见。
“使用质粒有风险吗?”我认为没有，”Recombinetics子公司Acceligen的总裁兼首席执行官塔德•松斯特加德说。“我们一直在吃质粒，我们体内充满了含有质粒的微生物。”事后看来，Sonstegard说他的团队唯一的错误是没有从一开始就对质粒进行适当的筛选。
北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)基因工程与社会中心(Genetic Engineering and Society Center)联合主任、科技政策教授詹妮弗·库兹马(Jennifer Kuzma)表示，虽然牛肉中存在的耐抗生素质粒基因可能不会对消费者构成直接威胁，它确实增加了将耐抗生素基因引入人体消化系统微生物群的风险。虽然不太可能，但肠道中的生物可以将这些基因整合到自己的DNA中，从而增加抗生素耐药性，使对抗细菌疾病更加困难。
她说:“我认为我们从中得到的教训是，科学从来都不是百分之百确定的，当你在进行风险评估时，对你的技术产品保持谦逊是很重要的，因为你永远不知道在未来的道路上你会发现什么。”在重组动力学的例子中。“我不认为研究人员有任何不良意图，但有时对你的技术非常乐观和热情，导致你在风险评估时盲目。”
FDA最终澄清了其结果，坚持认为这项研究只是为了宣传质粒的存在，而不是暗示细菌DNA一定是危险的。尽管如此，损害还是造成了。由于这个错误，重组动力学公司在巴西饲养实验牛群的计划被取消。
对FDA研究的强烈反对暴露了该机构和牲畜生物技术专家之间的根本分歧。范埃南纳姆(Van Eenennaam)等科学家不同意FDA对基因编辑动物的严格监管方法。2017年，范埃南纳姆从农业部获得了50万美元的拨款，用于研究布里的后代。典型的转基因生物都是转基因的，这意味着它们拥有来自多个不同物种的基因，但现代基因编辑技术让科学家们大致停留在传统育种的范围内，增加或删除物种内部自然存在的特征。FDA兽医医学中心(Center for Veterinary Medicine)动物生物工程和细胞疗法部门主任希瑟·伦巴迪(Heather Lombardi)指出，话虽如此，基因编辑仍不能避免错误，有时有意的改变会导致意想不到的改变。因此，FDA仍持谨慎态度。
Lombardi说:“我认为，就使用基因组编辑技术带来的意外后果而言，还有很多未知因素。”“我们只是试图了解，如果有的话，对安全的潜在影响是什么。”
马里兰大学(University of Maryland)的动物科学家、农业技术初创企业RenOVAte Biosciences的总裁兼首席科学官巴努·泰卢固(Bhanu Telugu)担心，生物技术公司将把他们的实验转移到监管环境较为宽松的国家。他说，或许更紧迫的是，严格的监管要求漫长而昂贵的审批程序，可能会激励这些公司只在最有利可图的性状上工作，而不是那些可能对牲畜和社会有最大好处的性状，比如动物福利和环境。
“在这个时候，有哪个公司愿意花2000万美元来缓解高温压力?””他问道。
在一个多风的冬日下午，佛罗里达大学牛肉教学中心的Raluca Mateescu靠在栅栏柱子上，一只Brahman小母牛好奇地嗅着空气，伸出舌头寻找看不见的食物。自2017年以来，该大学的动物遗传学家Mateescu一直是一个研究婆罗门牛和布兰格斯牛(Brahman and Brangus，婆罗门牛和安格斯牛的混合品种)耐高温和耐潮湿性的团队的一员。她的目标是确定有助于品种适应气候变化的基因标记，这些标记可能导致更精确的育种和基因编辑实践。
Mateescu说，在南部，炎热和潮湿是一个主要问题。“这对动物造成了压力，因为它们被选择为高强度生产——生产牛奶或快速生长，产生大量肌肉和脂肪。”
像南美洲的内洛尔牛一样，婆罗门牛非常适合热带和亚热带气候，但它们对高温和湿度的高耐受性是以肉的质量低于其他品种为代价的。Mateescu和她的团队检查了皮肤活检，发现相对较大的汗腺让婆罗门更好地调节他们的内部体温。在美国农业部国家食品和农业研究所的资助下，研究人员现在计划确定与热带环境耐受性相关的特定基因标记。
她说:“如果我们选择生产更多却没有办法冷却的动物，我们将会遇到麻烦。”
除了基因编辑，生物技术还有其他途径可以帮助减少养牛业的足迹。尽管实验室培育的肉还处于发展的早期阶段，但它为消费者提供了一种可负担得起的传统养殖产品的替代品，没有了食用从尸体上收获的牛肉所带来的动物福利和环境问题，终有一天可能会削弱今天的牛肉生产商。
其他生物技术希望在不取代牛肉产业的情况下改善牛肉产业。在瑞士，一家名为Mootral的初创公司的科学家们正在试验一种以大蒜为基础的食物补充剂，旨在改变牛的消化结构，以减少它们排放的甲烷。据《纽约时报》报道，研究表明，该产品可以减少肉牛的甲烷排放量约20%。
为了遵守巴黎气候协议，motral的所有者Thomas Hafner认为，随着政府要求牲畜生产商减少甲烷排放量，需求将会增长。他在接受《纽约时报》采访时表示:“我们的工作基于这样一种假设，即未来每头奶牛都将被监管，使用甲烷减化器。”
与此同时，新西兰农业科学研究机构AgResearch希望通过消除产甲烷菌(被认为是反刍动物体内产生温室气体的微生物)来从源头上控制甲烷的产生。据英国广播公司报道，农业研究小组正试图开发一种疫苗，以改变牛肠道的微生物组成。
Mateescu表示，基因组检测还可以让牛养殖者在小牛出生前了解它们携带的基因，使养殖者能够做出更明智的育种决定，选择最理想的性状，无论是耐热性、抗病性还是胴体重量。
尽管做出了这些努力，生物技术是否能大幅减少该行业的排放，或在资源密集型的操作中对圈养动物给予人道待遇，仍然存在疑问。对许多该行业的批评人士，包括环境和动物权利活动家来说，饲养供人类消费的牲畜的做法的本质侵蚀了可持续粮食生产的崇高目标。这些批评人士建议替代食品，如无肉饮食，以满足我们对蛋白质的需求，而不是改造该行业。事实上，数据显示，许多年轻消费者已经将植物性肉类纳入他们的膳食。
然而，根据马里兰大学的泰卢固的说法，气候变化可能是养牛业面临的最紧迫的问题。泰卢固大学获得了比尔和梅琳达·盖茨基金会的资助，以提高非洲牛的生产力和适应性。他说:“我们不能靠繁殖来摆脱这种局面。”
