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加速发展的生物多样性危机要求对生物材料进行紧急且系统的生物样本库建设，以便在生命赖以存在的遗传和细胞基础丧失之前将其保存。动物园仍然是公众参与、教育、研究和物种存续的重要中心，但其种群统计学和空间上的局限性意味着它们无法独自承担生物多样性的保管者角色。为了确保
加速发展的生物多样性危机要求对生物材料进行紧急且系统的生物样本库建设，以便在生命赖以存在的遗传和细胞基础丧失之前将其保存。动物园仍然是公众参与、教育、研究和物种存续的重要中心，但其种群统计学和空间上的局限性意味着它们无法独自承担生物多样性的保管者角色。为了确保持久的遗产，动物园必须将生物样本库建设整合到其核心活动中，将活体种群与冷冻储存库相连接，从而使今天饲养的动物同时保障明天的遗传潜力。本综述考察了野生动物生物样本库的现状和新兴前景，强调了其在遗传拯救、疾病韧性和丧失性状恢复中的作用。研究人员主张，物种优先排序策略应超越IUCN红色名录等级，纳入遗传指标、生态重要性和进化独特性，确保生物样本库不仅捕获受威胁物种，也捕获不可替代的进化谱系。展望未来，研究人员强调了生物样本库材料在实现先进干预措施（包括基因组编辑和其他前沿技术）方面的未来潜力。通过将冷冻储存库与活体种群相结合，保护工作可以克服空间和时间的限制，将生物样本库转变为韧性、恢复和创新的引擎。在生物多样性丧失加速的时代，生物样本库不应被视为最后手段，而应被主动规划并积极纳入物种保护的单一计划方法（One Plan Approach）之中，与栖息地保护、野生种群管理、动物园保护、圈养繁殖、再引入和遗传管理并列，确保未来恢复和适应所需的遗传选项在今天就得以保存。
主体内容总结
1 引言
物种灭绝速率约为自然背景灭绝速率的100倍，表明第六次大灭绝正在进行中。人类活动是这一危机的主要驱动力，栖息地破坏、过度开发、污染、气候变化和入侵物种正加速物种衰退。与化石不同，保存活体体细胞、配子和DNA能够保留生命的完整复杂性，为未来的生态恢复、遗传拯救和复活提供不可或缺的资源。虽然就地保护仍然至关重要，但其面临栖息地缩减、政治不稳定和环境变化加速等日益增长的局限性。动物园和野生动物机构因此成为离体保护的重要合作伙伴，演变为研究、繁殖、教育和物种恢复的中心。然而，仅维持活体种群是不够的——圈养种群仍然容易受到近亲繁殖、疾病和长期衰退的影响。
为防止生物多样性的永久侵蚀，必须通过生物样本库系统保存遗传多样性，即对DNA、体细胞、配子、胚胎和组织进行冷冻保存。生物样本库提供宝贵的遗传资源库，保护生殖和再生潜力，并构成未来恢复工作的基础。它能够实现先进应用，包括辅助生殖、克隆以及利用诱导多能干细胞（iPSCs）再生组织、研究疾病抵抗力和恢复遗传多样性。
1.1 离体保护危机：动物园角色的演变
IUCN红色名录确定超过10,000个物种为极危（CR）物种。虽然就地保护仍是生物多样性保护的基石，但其有效性日益受到栖息地退化、气候变化、污染和人类土地利用扩张等加速的全球威胁的损害。在此背景下，离体保护已成为应对不可逆生物多样性丧失的关键补充保障。
现代动物园机构经历了使命和实践的深刻转变，从以公众娱乐为主演变为保护、科学研究、教育和物种恢复的多功能中心。对于面临即将野外灭绝的物种，这些机构常常作为最后避难所。人工饲养下的保护繁殖已明确避免了一系列类群的灭绝，包括普氏野马、阿拉伯大羚羊、加州兀鹫、黑足鼬、关岛秧鸡和弯角剑羚等物种，其人工饲养种群曾一度是仅存种群。
1.2 离体保护挑战：为何动物园独自无法保障生物多样性
保护繁殖的贡献已得到充分确认，但即使是最成功的项目也受到生态、生理和后勤限制的约束。首要问题是空间限制。许多受威胁物种，特别是大型或广域分布的类群，需要广阔且异质性的栖息地来支持复杂的行为和生理需求。圈养环境缺乏自然栖息地的感官和空间复杂性，常导致慢性应激和福利下降。有限的空间也限制了承载能力，迫使动物园优先选择具有魅力或更易管理的物种，导致某些类群过度代表，而生态特化或难以捉摸的物种在圈养项目中代表性不足。
圈养繁殖还面临实质性挑战。人工条件——如改变的光照制度、受干扰的交配线索和缺乏自然社会结构——可诱导慢性应激、损害内分泌功能并扰乱繁殖行为。小种群规模进一步使圈养种群特别容易受到遗传漂变、近交衰退和有害等位基因积累的影响。将生物样本库与活体种群整合有助于缓冲这些风险，为未来的保护干预保存关键遗传变异。
1.3 生物样本库的演变
鉴于这些局限性，动物园和保护工作者日益采用互补策略，将生物样本库方法如配子、胚胎和体细胞的冷冻保存整合进来。与活体动物种群不同，生物样本库较少受空间或持续动物护理的限制，并提供遗传资源的长期储存。与常规离体项目整合后，生物样本库可通过恢复丢失等位基因、建立新创始谱系以及在种群统计崩溃面前保障遗传材料来增强遗传管理。
一个里程碑式的进展是Kurt Benirschke博士在圣地亚哥动物园野生动物联盟建立的"冷冻动物园"，已保存来自超过1000个物种的10,000多个细胞系。随着生物多样性丧失加速和野生栖息地压力增大，栖息地保护与种群管理、动物园保护及生物样本库的战略耦合，为保护受威胁物种的遗传和进化遗产提供了一种更具可扩展性和韧性的方法。
1.4 物种优先排序：遗传多样性
确定哪些物种纳入冷冻保存项目在很大程度上取决于其保护价值，通常以IUCN红色名录状态为指导。然而，这些指标未捕捉物种的遗传健康状况。许多受威胁物种遭受了严重的遗传瓶颈，导致种群衰退与遗传多样性降低之间存在强相关性。遗传多样性对进化潜力至关重要，使种群能够适应新发疾病、气候变化和栖息地改变等挑战。
全基因组研究已表明，低遗传多样性并非统一预示着即将衰退。长期以小有效种群规模持续存在的物种，包括海峡群岛狐、小头鼠海豚和山地大猩猩，携带极低的基因组范围多样性，但表现出与强有害隐性等位基因逐渐清除一致的降低的分离有害负荷。相反，从历史大规模快速衰退或近期突然隔离的种群可能保留较高的名义多样性，同时携带大量在近交时暴露的隐性负荷。因此，相关的区分不在于多样性本身，而在于产生多样性的种群统计历史——衰退的速率和持续时间，以及由此产生的有害负荷组成。
将遗传指标纳入IUCN框架将提供更全面的灭绝风险评估。对于冷冻保存，整合这些指标将优化优先排序，确保工作不仅针对经历种群统计衰退的物种，也针对面临遗传崩溃迫在眉睫风险的物种。
1.5 物种优先排序：其他选择标准
一些生物样本库已应用超越正式红色名录保护状态的更广泛选择标准，包括地理分布、进化独特性和生态或象征意义。旗舰种或伞护种如大熊猫，其魅力吸引公众兴趣和资金；"英雄物种"如白头海雕，其恢复故事激励保护行动。地理相关性进一步影响决策。关键种如灰狼和非洲草原象因其对生态系统结构和功能的重大影响而被优先考虑。
进化上独特的物种，如幼态持续的墨西哥钝口螈或产卵的鸭嘴兽，因其对进化生物学提供的独特见解而被优先考虑。IUCN评估未考虑系统发育多样性（PD），仅依赖IUCN评估可能忽视古老的、物种贫乏的谱系，其灭绝将导致进化历史的不成比例损失。
1.6 生物材料优先排序
生物样本库已从最初主要关注生殖细胞大幅扩展。胚胎代表最直接的重新种群途径，但在受威胁物种中因生存窗口狭窄、后勤限制和技术要求而难以收集。因此重点转向生殖细胞。精子冷冻保存已成熟建立，微创且广泛适用于哺乳动物，是许多保护项目的支柱。卵母细胞对保存雌性遗传谱系同样至关重要，但面临更大的技术挑战。卵巢组织库已成为实用替代方案。
在鸟类中，体外受精和体细胞核移植（SCNT）因卵生物学特性而不可行。相反，原始生殖细胞（PGCs）为冷冻保存、体外扩增和代孕繁殖提供了独特机会。体细胞稳健、广泛保存且多功能，可作为克隆中的核供体或被重编程为iPSCs。DNA和非活性组织虽缺乏繁殖潜力，但它们是基因组评估的底物，支持亲缘鉴定、谱系簿验证、系统地理学分析和疾病监测，且可从尸体、尸检和没收物中机会性收集。
1.7 用于保护的离体生物样本库：辅助生殖技术
离体生物样本库通过收集、冷冻保存和储存体细胞、干细胞、生殖细胞、胚胎和组织用于辅助生殖技术（ART），使行为或生理上不相容的个体之间能够繁殖，并允许地理隔离种群间的遗传交换。ART涉及人工授精、体外受精（IVF）和胚胎移植等成熟技术。先进辅助生殖技术（aART）包括SCNT或克隆、内细胞团交换和干细胞技术。目前克隆已在至少56个类群中实现，包括多个受威胁物种。
1.8 用于保护的离体生物样本库：干细胞技术
iPSC技术的出现通过提供保存和恢复生物多样性的前所未有的机会，革新了保护生物学。将体细胞重编程为多能状态产生可再生细胞来源，能够分化为多种细胞类型。对保护特别相关的是从冷冻保存的体细胞衍生iPSCs的能力，然后可将其分化为原始生殖细胞样细胞（PGCLCs）和功能性配子。在非模式物种中，大熊猫和北方白犀牛的iPSCs已被建立。鸟类保护也受益于干细胞方法，包括建立濒危鸟类的iPSCs及利用鸡胚作为代孕平台。
1.9 CRISPR与保护：生物样本库的新前沿
对生物样本库材料的分子分析可为保护规划提供信息、识别适应性性状并指导繁殖或再引入策略。"表型模拟"使用CRISPR等先进基因组编辑技术，将灭绝或祖先物种的特定遗传变异引入现存生物体。然而，即使灭绝物种的基因组被完全恢复或重建，修饰物种的细胞仍因携带宿主的线粒体DNA而只是灭绝物种的代理。真正的"复活"需要灭绝物种的活性细胞，而这些细胞几乎从未可用。这些限制强调了在物种仍存在时冷冻保存活性组织和细胞作为任何有意义的复活策略前提的重要性。
2 结论与展望
生物多样性丧失的速度正超过传统保护措施的能力。就地保护仍然不可或缺，但仅保存活体种群已不足够。生物样本库应作为单一计划方法（One Plan Approach）的组成部分系统且紧急地扩展。冷冻保存技术已经成熟，iPSC技术和基因组编辑正开辟全新视野。然而所有这些未来应用都取决于今天的选择。未来成功将依赖于全球协调与标准化、物种优先排序框架的演进、技术投资、伦理与社会参与，以及将生物样本库积极纳入单一计划方法。21世纪的保护不能是被动的。通过现在建设强健的全球互联生物样本库，为后代恢复生态系统、恢复物种和适应新兴威胁奠定基础。
