Від австралійської жаби, яка проковтнула власні яйця, до шерстистих мамонтів, вчені стають все ближчими до того, щоб повернути давно втрачені види з мертвих.
Мільйони років тому тилацини, також відомі як тасманійські тигри, були широко поширені в Австралії. Розміром приблизно з американського койота, ці собакоподібні істоти зі смугами зникли з материка приблизно 2000 років тому. Вони залишалися в Тасманії до 1920-х років, коли їх вирізали європейські колонізатори, які вважали в них загрозу для худоби.
«Це було вимирання з вини людини – європейські поселенці прибули до Австралії та жорстоко знищили цю тварину», – каже Ендрю Паск, генетик з Університету Мельбурна.
Паск очолює групу вчених, які разом із компанією Colossal Biosciences, яка займається припиненням вимирання, прагнуть відтворити вовкоподібну істоту та повернути її назад.
Завдяки останнім досягненням у генетиці, а саме появі технології редагування генів Crispr-Cas9 , тилацин — не єдиний втрачений вид, який ми незабаром знову зможемо побачити. Як працює наука про припинення вимирання та які етичні питання вона піднімає?
У випадку з тилацином першим кроком є секвенування ДНК вимерлої тварини – генетичного плану, що міститься в кожній окремій клітині тіла. Паск зробив це в 2017 році.
«Чудова річ у тилаціні полягає в тому, що оскільки це була така важлива сумчаста тварина, кожен великий музей хотів мати її у своїй колекції, тому по всьому світу є сотні зразків, і деякі з них винятково збереглися», — каже Паск.
Добре збережені зразки тилацину дозволили секвенувати ДНК тварини (Копирайт изображения Sydney Morning Herald/Getty Images)
«Нашим зразком була дитина, взята з сумки матері. Вони застрелили матір і відразу ж кинули дитину в спирт, який зберігає ДНК. Це був дивовижний зразок і святий Грааль для нас з точки зору можливості побудувати цей геном .”
Хоча він у досить хорошому стані, ДНК не повністю ціла. З часом вплив УФ-променів і дії бактерій розщеплюють ДНК на короткі фрагменти. Чим старший зразок, тим менші фрагменти залишаються, поки врешті-решт їх не залишиться достатньо ( з цієї причини немає шансів повернути динозавра ).
Це ставить вчених перед, здавалося б, нездійсненним завданням визначити, як різні біти ДНК поєднуються разом – завдання, яке можна порівняти з виконанням величезної мозаїки без корисного зображення на передній частині коробки.
На щастя, маленька сумчаста тварина завбільшки з мишу на ім’я даннарт змогла створити план.
«Ми знайшли найближчого живого родича тилацину, яким був дунарт», — каже Паск.
Дуннарти та тилаціни мають 95% спільної ДНК, яка, як вважають, є висококонсервативною, тобто вона не сильно змінилася з часом.
Раніше ніхто не робив цього в такому масштабі, тому що технологія редагування ДНК була недостатньо хорошою або швидкою, – Ендрю Паск
«Ми секвенували геном Даннарта й порівняли цей генетичний код із нашими вимерлими видами, а потім перекрили їх і виправили всюди, де він відрізнявся», — каже Паск.
Однак знання ДНК тварини просто недостатньо, щоб повернути її. Наступний етап головоломки включає в себе налаштування генів даннарта, щоб вони відповідали генам тилацину. Це можна зробити за допомогою Crispr-Cas9 , методу редагування геному, який отримав Нобелівську премію.
«Ми починаємо з живих клітин даннарта, і ми починаємо редагувати всі ці зміни, тому ми фактично створюємо або перетворюємо цю клітину даннарта на живу клітину тилацину з тилациновими хромосомами в ній», — каже Паск.
Раніше редагування генів не було настільки розвиненим, щоб можна було змінити всі різні послідовності на ДНК тилацину одним рухом. Оскільки необхідні мільйони редагувань, було припущено, що дослідникам доведеться визначити пріоритети для найважливіших послідовностей ДНК, що дасть геном тварини, який не зовсім такий, як вимерлий. Паск вважає, що в цьому більше не буде потреби.
«Усі ці технології існують, але ніхто раніше не робив цього в такому масштабі, тому що технологія редагування ДНК була недостатньо хорошою або швидкою. Але тепер ми пройшли такий довгий шлях, що ми маємо цю технологію, і ми маємо мав значні інвестиції, щоб спробувати змусити цю роботу».
Коли дослідники отримають клітину тилацину, їм все одно потрібно буде перетворити її на ембріон, що розвивається, а потім імплантувати в утробу живого близького родича. Якщо це звучить легко, то це не так. «У нас багато роботи, — каже Паск.
«Ми вже виготовили стовбурові клітини сумчастих тварин, на що у нас пішло близько п’яти років. Зараз ми поміщаємо ці стовбурові клітини в ембріони, щоб побачити, чи зможемо ми змусити їх розвинутися в цілу живу тварину».
Крихітний дунарт зміг допомогти вченим заповнити прогалини в ДНК вимерлого тилацину (Авторство зображення: Auscape/Getty Images)
ЩО ТАКЕ CRISPR?
Crispr-Cas9 був розроблений вченими-лауреатами Нобелівської премії Еммануель Шарпентьє та Дженніфер Дудна в 2012 році. Технологія використовує набір генетичних ножиць, які є частиною захисного механізму, який використовують бактерії. Коли вони стикаються з потенційною вірусною загрозою, вони копіюють і вставляють частину ДНК зловмисника у свій власний геном, щоб створити генетичні ножиці, які пропускають лише ту послідовність. Його винахід змінив швидкість і вартість редагування генів, дозволивши вченим точно видаляти ділянки ДНК і створювати розрізи, куди можна вставляти нові гени.
Таким чином можна повернути не тільки тилацин. Збережені фрагменти ДНК шерстистого мамонта , знайдені в арктичній тундрі, означають, що цей великий ссавець може повернутися. Більшість шерстистих мамонтів вимерли приблизно 10 000 років тому.
Вчені з Colossal Laboratories і Bioscience, співзасновниками яких є дослідники з Гарвардського університету, використовують Crispr, щоб вставити фрагменти ДНК мамонта в геном азіатського слона, найближчого живого родича мамонта. Отриманий гібрид, відомий як «мамонт», буде адаптований до холодної сибірської тундри та може допомогти заповнити екологічну порожнечу, яку залишили мамонти, коли вони вимерли. ( Перегляньте фільм BBC Reel про те, як мамонти можуть стати дивовижною допомогою у боротьбі зі зміною клімату , або перегляньте його нижче. )
Однак у технології є обмеження та перешкоди, які ще потрібно подолати.
«Багато властивостей, які ми маємо як живі тварини, вимагають кількох різних копій генів, але, дивлячись на реконструйований геном, нелегко визначити, скільки їх потрібно», — говорить Майкл Арчер, палеонтолог з Університету Нового Південного Уельсу в Сіднеї. Австралія.
«Ви тримаєте пальці схрещеними, щоб однієї копії було достатньо, щоб увімкнути функцію, яку ви шукаєте, але в цих проектах є великий компонент «висмоктуй і дивись».
https://emp.bbc.com/emp/SMPj/2.47.2/iframe.htmlЯк мамонти можуть боротися зі зміною клімату
Однак реконструкція геному – не єдиний метод, який вчені можуть використовувати для воскрешення вимерлих тварин.
Зубр , різновид доісторичної корови, є предметом стародавніх наскальних малюнків по всьому світу . Колись він бродив рівнинами Європи і був високим, як слон. Він вимер у 1600-х роках. Незважаючи на те, що гени зубра давно минули, все ще можна знайти в різних породах великої рогатої худоби по всьому континенту, з нащадками в Іспанії, Португалії, Італії та на Балканах. Зараз генетики « розводять » ці види разом, щоб отримати потомство, ближче до зубра.
Інша ідея полягає в тому, щоб фактично клонувати мертву тварину, взявши ядро з неушкодженої клітини, а потім перенісши його в яйцеклітину близького живого родича в надії, що утвориться ембріон.
Ми робили це багато сотень разів, і це не спрацювало, а потім раптом один з них спрацював, і ми побачили, як цей гібридний ембріон почав ділитися під мікроскопом, – Майкл Арчер
Застереження полягає в тому, що для цього потрібна повна клітина, а клітини швидко руйнуються після смерті. Таку тварину, як тилацин, який вимер майже сто років тому, просто неможливо було повернути таким чином.
Але це може бути варіантом для нещодавно вимерлих видів.
У 2003 році дослідники успішно клонували піренейського козла , різновид кози, яка вимерла, коли остання жива особина була вбита деревом, що впало. На жаль, новонароджене померло від вади легенів незабаром після народження.
Наразі Арчер використовує різну технологію клонування, щоб повернути південну жабу з шлунковим виношуванням , вид, який походить із Квінсленда, який вимер у 1983 році. Істота мала дивний метод розмноження: ковтала запліднені яйця та використовувала свій шлунок як свого роду утроба.
У 2013 році він завершив перший крок – переніс ядро із замороженої клітини жаби в порожню яйцеклітину близькоспорідненої амфібії. Неймовірним чином клітини почали ділитися , і утворився ембріон.
«Ми робили це багато сотень разів, але це не спрацювало, а потім раптом один з них це зробив, і ми побачили, як цей гібридний ембріон почав ділитися під мікроскопом, і це було дуже захоплююче», — каже Арчер.
Однак після цього початкового хвилювання проект завалився, оскільки жоден із ембріонів не розвинувся в пуголовків чи жаб.
«Ембріони жаби розвинулися в клубок клітин, що є нормальним ембріональним розвитком, але потім вони зупинилися», — каже Арчер.
«Зазвичай зовнішній шар клітин згортається, і ви отримуєте двошарову структуру, яка веде до пуголовка, але у нас цього не було».
Те ж саме сталося, коли команда намагалася створити ембріон із двох живих видів жаб, припускаючи, що це був аспект їхньої експериментальної роботи, який заважав розвитку ембріона, а не проблема з ДНК вимерлої жаби.
«Ми працюємо над тим, щоб з’ясувати, що це за перешкода для живих жаб, перш ніж ми зможемо повернутися до ДНК вимерлої тварини», — каже Арчер.
Зубр був формою доісторичної корови, яка бродила рівнинами Європи, перш ніж зникнути в 1600-х роках (Копирайт изображения Fine Art/Getty Images)
Ми граємося в Бога?
Навіть якщо ми можемо повернути вимерлих тварин, існують етичні міркування.
Повторна інтродукція мамонтів і тилацинів може порушити існуючі екосистеми. Оскільки ці тварини вимерли, інші еволюціонували та пристосувалися, щоб заповнити їх місце. Чи постраждають ці організми в результаті?
Завдяки зміні клімату середовище, в якому колись жили ці істоти, могло кардинально змінитися. Деякі з рослин, якими харчувалися шерстисті мамонти, також давно зникли. Чи зможуть мамонти вижити самі по собі в дикій природі, а якщо ні, то хто буде за ними доглядати? Чи опинилися б вони в зоопарку просто дивовижними предметами?
«Я не думаю, що ми повинні повертати всіх тварин. Я думаю, що це повинно відповідати певним критеріям», — каже Паск.
«Для тилацину це нещодавнє вимирання, тому його середовище проживання в Тасманії все ще існує, уся їжа, якою він харчувався, все ще існує, тому їм є куди податися, і вони можуть знову процвітати в цьому середовищі.
«Ця тварина також відігравала вирішальну роль в екосистемі. Вона була верхівкою хижака, тому вона була на вершині харчового ланцюга. Немає інших сумчастих верхівок хижаків, тому, коли вона вимерла, вона залишила величезну прогалину».
Деякі дослідники стверджують, що спроби повернути давно зниклі види можуть відволікти зусилля від збереження існуючих тварин і навіть збільшити ризик втрати біорізноманіття, і що люди можуть бути менш мотивовані припинити їсти м’ясо та руйнувати середовища існування.
Але технологія припинення вимирання може бути використана для порятунку живих видів, які перебувають на межі зникнення, особливо тих із надзвичайно малим генофондом, як -от білий носоріг .
Я вважаю, що етичне питання тут полягало в тому, що люди спочатку вбивали цих тварин, – Майкл Арчер
Чорноголові тхори є одними з тварин Північної Америки, які перебувають під загрозою зникнення. Кожен нині живий тхір може простежити своє походження лише до семи особин. Проте дослідники зоопарку Сантьяго в Чилі нещодавно взяли заморожені клітини чорноногого тхора, який помер 30 років тому, і використали їх для створення клону Елізабет Енн. ДНК Елізабет зовсім інша, тож вона може привнести в популяцію бажаний приріст генетичної різноманітності.
«Технологія припинення вимирання — це не лише повернення тилацину, а й запобігання вимиранню інших тварин», — каже Паск.
«В Австралії так багато лісових пожеж, і з підвищенням глобальної температури ми спостерігатимемо більше несприятливих погодних явищ у наступні десятиліття. Те, що Австралія робила, збирає тканини сумчастих тварин у тих районах, які найбільше ризикують замерзнути. Це означає, що якщо виникне чагарникова пожежа, як тільки рослинність відросте, ви зможете знову заселити цю територію цим видом».
Арчер погоджується, що моральні права переважають будь-які помилки.
«Я вважаю, що було б неетично не робити цього. Я вважаю, що етичне питання тут полягало в тому, що люди взагалі вбили цих тварин. Йдеться не про те, щоб грати в Бога, а в тому, щоб грати в розумну людину, виправляючи те, що наробили наші пращури. “