Stránky mnoha vědeckých a populárně-naučných publikací byly koncem letošního února doslova zasypány stády mamutů: vynikající genetik a chemik George Church, známý svou prací v oblasti molekulární biologie, oznámil, že se svými kolegy by v příštích několika letech dokázalo vzkřísit vlněného mamuta, o kterém je známo, že vyhynul asi před 10 000 lety. Mamuti jsou jedním z nejcharismatičtějších zvířat, která kdy na Zemi žili. Mnoho biologů nám však v komentáři k nadcházejícímu „vzkříšení“ mamuta radilo, abychom se nejprve rozhodli, jak a proč to uděláme.
Foto: yuliang11/ ru.depositphotos.com.
Foto: Pixelchaos/ ru.depositphotos.com.
Nejprve o tom, jak. Každý biologický druh má více či méně blízké evolučně příbuzné příbuzné. Blízce příbuzné druhy jsou si navzájem podobnější než vzdálení příbuzní. V tomto případě můžeme spojit genetický portrét vyhynulého druhu z těch genů, které zůstaly v jeho bezprostředních potomcích a příbuzných druhů, které přežily do naší doby. Zde jsou vhodné metody klasické genetiky, které se scvrkají na to, že křížíme zvířata a následně rozebereme vlastnosti, které má potomstvo, a vybereme mezi potomky ty jedince, kteří se nejvíce podobají vyhynulým druhům, které nás zajímají. . Pokud se například pokusíte odchovat mamuty z asijských slonů, pak je potřeba cíleně vybrat ty nejchlupatější jedince v každé generaci (ochlupení samozřejmě není jediný znak, který odlišuje slony od mamutů). Ale v tomto případě budou v genomu stále významné příměsi moderních druhů a to, co dostaneme, bude pouze verze vyhynulého zvířete, v té či oné míře blízko originálu.
Molekulární biologie vám umožňuje přímo manipulovat s genetickým materiálem: můžete izolovat DNA z pozůstatků stejného mamuta, porovnat ji s DNA moderních slonů, a tak pochopit, co je třeba se slony udělat, aby se z nich stali mamuti. Pak do hry vstupují metody genetického inženýrství: úpravou potřebných genů v genomu slona získáme něco velmi, velmi podobného mamutovi. Genetické inženýrství dokáže stejný úkol splnit rychleji než křížení a výsledky by měly být mnohem přesvědčivější.
Editace nemusí nutně znamenat rozsáhlou restrukturalizaci genomu. Pokud si například vzpomeneme na další vyhynulý druh – holuba osobního, který byl počátkem 97. století zcela vyhuben, pak je jeho genom z 3 % nerozeznatelný od genomu jeho nejbližšího příbuzného – holuba pásového, který je bezpečně naživu dodnes. To znamená, že DNA obou holubů se liší pouze o 3% a mezi těmito XNUMX% je několik tisíc mutací, které určují rozdíly mezi druhy. A z několika tisíc můžeme identifikovat několik desítek skutečně klíčových genetických rysů, které dělají z osobního holuba osobního holuba a z pásoocasého holuba. A když plánujete rekonstrukci vyhynulého druhu, musíte pouze pochopit, které mutace jsou považovány za skutečně nezbytné.
George Church a jeho tým „vzkřísitelů mamutů“ tvrdí, že se jim do genomu asijského slona (nejbližšího evolučního příbuzného mamuta slona) podařilo zavést až čtyřicet pět mamutích modifikací, z nichž některé by měly poskytnout slona. s mamutími vlasy a silnou vrstvou tuku. Otázka však nekončí jen u těchto pětačtyřiceti: do sloní DNA bude nutné vnést řadu mamutích rysů a následně ověřit, jak se takový hybridní genom chová v buňkách, zda mezi sebou modifikované a nemodifikované geny nejsou v rozporu . Vědci očekávají, že to vše zvládnou do dvou let. V letech 2019-2020 byste však neměli očekávat hotového mamuta. Vše, co Church a jeho tým udělali, dosud udělali pouze na molekulách DNA. Pak budete muset udělat genetickou úpravu se sloním embryem, transplantovat ho do náhradní matky a doufat, že jeho vývoj půjde dobře. Vzhledem k tomu, že mnoho embryí během takových manipulací zemře, je těžké uvěřit, že k tomu vůbec dojde: slon asijský je klasifikován jako ohrožený druh a je nepravděpodobné, že bude možné získat dostatečný počet jeho embryí pro molekulární buněčné experimenty.
Ale představme si, že se nám podařilo překonat všechny technické potíže: můžeme snadno provádět jakékoli změny v genomu v jakémkoli množství a nemáme nedostatek biologického materiálu. A zde vznikají obtíže vyššího řádu, evoluční a ekologické. Za prvé, jeden mamut, který povstal ze zapomnění, ještě není druh, je to jen jeden jedinec. Ke vzkříšení celého druhu potřebujete spoustu mamutů, ti musí žít sami a sami se rozmnožovat. Nyní si připomeňme jedno ze základních pravidel evoluce: populace druhu musí mít poměrně širokou genetickou diverzitu. Živé bytosti žijí ve vysoce proměnlivém prostředí a to, jak dobře jsou na něj adaptovány, závisí na jejich genech. Drastické změny v prostředí mohou pro jednotlivce skončit špatně, ale populace jako celek přežije, protože mezi jejími členy budou ti, kterým genové varianty umožňují přežít v nových podmínkách.
I když se může stát, že se nenajdou. Pokud se celá populace skládá z jedinců s velmi, velmi podobnými variantami genů a prostředí kolem je velmi, velmi variabilní, pak nelze očekávat nic dobrého. Životaschopná populace musí zahrnovat stovky a tisíce jedinců s individuálními genetickými sadami, a teprve když máme takovou populaci (nebo ještě lépe několik), můžeme mluvit o „vzkříšeném“ druhu.
To je zaprvé a zadruhé – kde přesně vzkřísíme vybrané druhy? Ostatně kdysi existoval v určitém ekosystému a byl propojen s jinými druhy, které ho v té době obklopovaly. Nyní každý chápe, že se nemůžete věnovat žádnému druhu sportu, odděleně od ostatních. Pomineme-li mamuty a vzpomeneme si na moderní zvířata, kterým hrozí vyhynutí, takto se je ekologové snažili uchovat – důsledně a nejčastěji počínaje těmi, kteří okupují spodní patra potravní pyramidy. Má to svůj důvod: zdá se zřejmé, že pokud zvýšíme například počet ryb v oceánu, automaticky se zvýší počet tuleňů, kteří se jimi živí. Nyní však stále častěji říkají, že by bylo rozumnější a efektivnější pokusit se o zachování druhů komplexně. Zejména o tom pojednává jeden z nedávných článků v „Nature Ecology & Evolution“, jehož autoři pomocí matematického modelu ukázali, že přijetím opatření k současnému zachování predátora i jeho kořisti je možné dosáhnout zrychleného nárůstu počtu obou, než se snažit je jednoho po druhém zachránit.
Ohledně obnovy vyhynulých druhů to znamená, že pokud se zavážeme vzkřísit dinosaura, musíme mu současně poskytnout celý Jurský park s davem příbuzných, aby měl kde bydlet, co jíst a s kým se množit. . No, možná ne dinosaurus, možná mamut – ale mamut se v současných ekosystémech pravděpodobně nebude cítit jako doma. Při přemýšlení o tom, jaké druhy bychom měli obnovit, je proto nejlepší zvolit takový, který nedávno vyhynul a pro který stále existují ekosystémy, kde by se mohl integrovat.
A konečně, podle řady ekologů z Austrálie, Kanady a Nového Zélandu je místo „vzkříšení“ vyhynulých druhů lepší zaměřit naše úsilí na ty, které ještě nevyhynuly, ale rozhodně jsou ohroženy. V článku v Nature Ecology & Evolution Joseph Bennett z Carleton University v Kanadě a jeho kolegové analyzují náklady, které by byly nutné k udržení vzkříšeného vyhynulého druhu naživu. Výzkumníci diskutují o ochraně druhu, a ne jednoho, dvou nebo tří jedinců; Jejich výpočty navíc nezahrnují náklady na molekulárně biologické operace – autoři práce chtěli odhadnout pouze náklady na životní prostředí. Srovnávali přitom podobné druhy, to znamená, že ekologická cena mamuta korelovala nikoli s náklady nějakého veverky, ale s náklady asijského slona.
Peníze, které různé země vydávají na životní prostředí, jsou buď veřejné, nebo soukromé. Bez ohledu na zdroj financí je však lepší je utratit za něco, co ještě nezmizelo. Pokud se podle autorů práce použijí prostředky, které mají být na „vzkříšené“ druhy vyčleněny na zachování těch, které ještě nevyhynuly, pak se nám podaří zachovat 2–8krát více druhů. (Ještě jednou připomeňme, že se neberou v potaz prostředky na samotné „vzkříšení“, tedy na molekulárně biologické, embryologické a další postupy.) Udržitelnost jakéhokoli ekosystému přímo závisí na biodiverzitě, tedy na tom, kolik žijí v něm různé druhy živých bytostí. Uvážíme-li, že ekosystémy jsou vzájemně provázané a že nejde jen o divoké lesy a hluboké moře, ale také o zemědělské oblasti a města, pak je jasné, že čím větší biodiverzita, tím lépe pro nás.
Takže odpověď na otázku, zda je nutné vzkřísit vyhynulé druhy, zní ne, není to nutné. Nyní mají ekologové naléhavější úkoly, na které mohou utrácet naše stále omezené zdroje. Ale pokud nemluvíme o druhu, ale o jedinci, pak v úsilí o „vzkříšení“ rozhodně stojí za to pokračovat, abychom lépe porozuměli tomu, jak jsou různé genomy strukturovány, jak se vyvíjely a jak „explicitní“ evoluce, kterou vidíme u naše vlastní oči v podobě změny živých forem na Zemi jsou spojeny s „neviditelnou“ evolucí, ke které dochází na úrovni molekul a buněk.
Компьютерная модель маврикийского дронта.
Иллюстрация Colossal Biosciences.
Ведущий палеогенетик Colossal Бет Шапиро (слева) и соучредитель компании Бен Ламм.
Иллюстрация Colossal Biosciences.
Как и любая дерзкая идея, это начинание встречает серьёзную критику. Но, когда на кону огромные деньги инвесторов, на ситуацию действительно стоит взглянуть более трезво.
Биотехнологический стартап, обещающий вернуть в этот мир шерстистых мамонтов, объявил о сборе инвестиций на новый проект: «воскрешение» маврикийского дронта.
Colossal Biosciences, стартап из Далласа, планирует потратить не менее миллиарда долларов (более 73,5 миллиарда рублей по текущему курсу), чтобы вернуть всего один потерянный вид животных.
Компания пользуется поддержкой инвесторов, в том числе знаменитостей. В начале февраля 2023 года стартап объявил о том, что с 2021 года получил 225 миллионов долларов инвестиций (почти 16,5 миллиарда рублей по текущему курсу).
Но вряд ли в ближайшем будущем стоит ждать возвращения мамонтов на Аляску и дронтов на Маврикий. Планы Colossal зависят от грядущих прорывов в редактировании генома, биологии стволовых клеток и животноводстве, поэтому успех далеко не гарантирован.
Скептицизм по поводу этих проектов выражают палеогенетики и другие эксперты. Они опасаются, что последствия такого «возрождения» будут непредсказуемы.
Всё это вызывает резонный вопрос «Зачем?».
Представители Colossal в первую очередь говорят о защите биоразнообразия и восстановлении экосистем, нарушенных из-за деятельности человека.
Напомним, что маврикийский дронт, или додо, обитал только на острове Маврикий и был полностью истреблён во второй половине XVII века. Целый вид доверчивых крупных птиц вымер менее чем за сто лет с того момента, как о нём узнали европейские мореплаватели.
Сегодня дронт (вид raphus cucullatus) стал негласным символом потери животного разнообразия из-за деятельности человека.
ambiciózní plán
Специалисты, участвующие в этой генетической авантюре, планируют «слепить» современного дронта на основе его ближайшего живого родственника: никобарского голубя вида Caloenas nicobarica.
По проекту воскрешения дронта компанию консультирует палеогенетик Бет Шапиро. Научная группа под её руководством секвенировала геном дронта, но ещё не опубликовала результаты.
Команда Шапиро в 2016 году выяснила, что у дронтов и никобарских голубей был общий предок, который жил от 30 до 50 миллионов лет назад. Сравнивая ядерные геномы двух птиц, исследователи надеются выявить большинство изменений ДНК, которые отличают их друг от друга.
Компания планирует изолировать и культивировать специализированные первичные половые клетки (ППК, или гоноциты) никобарских голубей. Из этих клеток впоследствии развиваются сперматозоиды и яйцеклетки.
Учёные Colossal редактируют последовательности ДНК в гоноцитах голубей, чтобы они соответствовали последовательностям ДНК дронтов. Для этого исследователи используют такие инструменты, как технология CRISPR.
Отредактированные гоноциты затем планируется поместить в эмбрионы суррогатных видов птиц для создания химерных животных с ДНК обоих видов. Эти химеры должны будут произвести яйцеклетки и сперматозоиды, подобные клеткам додо.
Потенциально из их потомства может получиться что-то… напоминающее дронта.
Слишком много «но»
Древние геномы представляют собой короткие последовательности преимущественно разрушившейся ДНК. В них полно пробелов и ошибок, и учёные не могут сказать, как именно выглядели пропущенные участки.
И даже если бы исследователи могли определить все генетические различия, внести тысячи изменений в ППК будет очень непросто.
Биолог Томас Дженсен возглавляет группу учёных, редактирующих геномы перепелов подобным способом. Исследователь сообщает, что его команде стоит большого труда внести всего одно изменение в геном птицы.
И хотя Дженсен воодушевлён, что эта область науки может привлечь так много денег, он не уверен, что в ближайшие годы стоит ждать появления птиц, хотя бы отдалённо напоминающих дронтов.
Ещё одной проблемой будет необходимость найти крупную птицу, которая могла бы стать суррогатом для дронта. Яйца дронтов в разы крупнее яиц никобарских голубей.
Больше всего для этой задачи должны подойти эму – австралийские птицы, размером уступающие разве что страусам.
Куриные эмбрионы довольно восприимчивы к ППК других птиц, и команда Дженсена уже создавала химерных цыплят, гибриды курицы и перепела. Однако попытки получить от этих химер яйца до сих пор не увенчались успехом.
Пока неизвестно, будет ли создание химер додо и голубей сколько-нибудь успешным, не говоря о том, будут ли они способны нести яйца.
Директор по охране Маврикийского фонда дикой природы Викаш Татайя также с энтузиазмом встретил внимание, которое привлекла кампания по «воскрешению» маврикийского дронта.
Но он отмечает, что среда обитания вымершей птицы практически исчезла, в то время как хищники, которые угрожали дронтам в семнадцатом веке, никуда не делись. То есть велика вероятность того, что «вернувшимся с того света» птицам придётся выживать в не самых дружелюбных условиях и им потребуется дополнительная защита.
«Нам нужно задаться вопросом: если бы у нас были такие деньги, не лучше ли было бы потратить их на восстановление среды обитания на Маврикии и предотвращение вымирания [ныне живущих] видов?» – заключает доктор Татайя.
Все эти опасения не отменяют того, что амбициозная затея Colossal принесёт ценную информацию о возможностях и ограничениях генной инженерии. Ведь никто действительно не может предугадать, во что выльются их попытки вернуть к жизни вымершие виды.
Další novinky ze světa vědy najdete v sekci „Nauchpop“ na mediální platformě „Sledujeme“.
