Мы мечтаем жить вечно. Надеемся, что сможем клонировать любимого домашнего питомца, как это произошло с овечкой Долли. Хотим прогуляться по "парку юрского периода", посмотреть на динозавров и мамонтов, увидеть вымерших моа, дронтов, и других существ.
Бет Шапиро – профессор факультета экологии и эволюционной биологии Университета Санта-Круз в Калифорнии – рассказывает нам увлекательную историю современной науки воссоздания видов.
Как только любой организм умирает, его ДНК тут же начинает разрушаться под воздействием ультрафиолета и бактерий, поэтому нельзя просто так взять клетку и клонировать вымершее животное. Исследователям приходится заниматься сложной задачей – они пытаются сложить пазл, в котором часть кусочков ДНК потерялась.
Давайте разбираться, нужно ли нам возрождать исчезнувшие виды (Бет Шапиро уверена, что стоит), какие трудности ожидают нас на этом пути и к чему это может привести.
Содержание:
Пролог 1
Глава 1. Обращаем вымирание вспять 2
Глава 2. Выбираем вид 5
Глава 3. Находим хорошо сохранившийся образец тканей 13
Глава 4. Создаем клона 18
Глава 5. Одичайте их заново 24
Глава 6. Воссоздадим геном 26
Глава 7. Воссоздадим часть генома 30
Глава 8. Вот теперь создаем клона 34
Глава 9. Увеличим их число 38
Глава 10. Отпустим их на волю 42
Глава 11. Стоит ли нам это делать? 45
Благодарности 50
Примечания 51
Бет Шапиро
Наука воскрешения видов. Как клонировать мамонта
Beth Shapiro
How To Clone a Mammoth. The Science of De-Extinction
© 2015 by Princeton University Press
© Перевод на русский язык ООО Издательство "Питер", 2017
© Издание на русском языке, оформление ООО Издательство "Питер", 2017
© Серия "Pop Science", 2017
Моим детям Джеймсу и Генри, которым жить дальше с тем хаосом, что мы им оставим
Пролог
Насколько мне известно, термин "de-extinction" ( англ . восстановление, или возрождение, вымерших видов животных) впервые появился в научной фантастике. Волшебник, герой книги Пирса Энтони "Источник магии" , вышедшей в 1979 году, вдруг сталкивается с кошками, которых считал исчезнувшим видом. Энтони пишет: "[Волшебник] просто стоял и смотрел на неожиданно ожившую легенду, не в состоянии представить, каковы могут быть последствия…" Думаю, именно так многие из нас отреагировали бы на встречу с живым существом, которое считается вымершим.
Мысль о том, что возрождение вымерших видов животных в принципе возможно – что наука достигнет, наконец, того рубежа, после которого смерть последней особи вида не будет означать, что он потерян для нас навсегда, – одновременно и воодушевляет, и пугает нас. Как повлияет на нашу жизнь восстановление вымерших видов животных? Предоставит ли возрождение вымерших животных новые возможности для экономического роста, станет ли стимулом для мероприятий по охране природы? Или же оно усыпит нашу бдительность ложным ощущением безопасности и в конечном итоге ускорит вымирание видов?
В 2013 году восстановление вымерших видов превратилось в отдельную научную отрасль, во всяком случае, по мнению газеты Times . Несмотря на такой высокий статус, ученые все еще не достигли согласия в вопросе о том, какую цель преследует наука восстановления вымерших видов животных. На первый взгляд она очевидна. Целью восстановления вымерших видов является возрождение идентичных копий представителей вымерших видов животных путем клонирования. Однако в случае видов, исчезнувших много лет назад, – странствующего голубя, дронта, мамонта – клонирование нереализуемо. В этом контексте возрождение вымерших видов должно означать что-то еще. Вероятнее всего, оно будет заключаться в прививании методами генной инженерии специфических черт и особенностей поведения вымерших животных особям ныне живущих видов. Таким образом, эти животные приобретут адаптационные свойства, необходимые им для того, чтобы благополучно жить и размножаться в местах, где когда-то жили вымершие виды. Но одобрит ли общество восстановление вымерших видов, если его целью не будет возвращение к жизни настоящего мамонта, дронта или странствующего голубя?
Роман Пирса Энтони оказался до ужаса пророческим в том, что касается нашего отношения к "возрожденным" животным. Как только волшебник понял, что "воскрешение" возможно, он тут же подумал еще кое о чем (вероятно, пытаясь определиться со своим отношением к увиденному). Энтони пишет: "Если он перебьет этих животных, то не окажется ли виновником гибели целого вида?"
Многие из людей, с которыми я общаюсь, считают возрождение вымерших видов неизбежным. Я признаю, однако, что речь идет о выборке людей, заинтересованных в этой теме, и что большинство населения склонно размышлять о восстановлении вымерших видов животных только тогда, когда это может как-то повлиять на них лично. Разумеется, некоторых людей привлекает идея возрождения вымерших видов. Их может вдохновлять мысль о том, что возрождение вымерших животных пойдет на пользу дикой природе. Или же они могут просто захотеть увидеть живого мамонта и прикоснуться к нему. Другие люди, в том числе очень разумные и рассудительные, резко критикуют идею возрождения вымерших видов, ссылаясь как на высокую стоимость подобных проектов, так и на множество рисков, связанных с возвращением этих животных в дикую природу, эффекты влияния которого на окружающую среду, безусловно, остаются неизвестными, поскольку эти животные пока не существуют. Большинство людей, испытывающих страх перед возрождением вымерших видов, подобно волшебнику Энтони, находят утешение в его обратимости. Это меня беспокоит. Безусловно, история повторяется, и при необходимости мы сможем заново истребить любой вид животных, который возродили. Но наша цель как ученых, работающих в этой сфере, заключается не в создании монстров или провоцировании экологической катастрофы, а в восстановлении взаимодействий между разными видами животных и сохранении биологического разнообразия. Если действительно наступит момент, когда наука позволит нам вернуть прошлое, понадобятся годы или даже десятилетия, чтобы увидеть результаты этой работы. Я очень надеюсь, что мы не повернем назад при первых признаках несовершенства результатов и не уничтожим то, чего с таким трудом добивались.
Разумеется, если мы хотим, чтобы вымершим видам животных – или гибридам вымерших и живущих видов – нашлось место в реальном мире, нашему обществу придется изменить свои установки, действия и даже законы. Наука прокладывает путь к возрождению прошлого. Однако эта дорога будет долгой, не обязательно прямой и уж точно не гладкой.
В этой книге я хочу представить план работы по возрождению вымерших видов животных, и начну с того, каким образом мы принимаем решение о том, какие виды или какие черты животных возрождать. Далее мы пройдем кружным и весьма запутанным путем от последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК до живого организма, а закончим тем, что рассмотрим, как ученые планируют справляться с популяциями генно-инженерных животных, когда выпустят их в дикую природу. Моя цель – рассказать о восстановлении вымерших видов, отделив при этом науку от научной фантастики. Некоторые этапы этого процесса, к примеру обнаружение хорошо сохранившихся останков вымерших животных, будет сравнительно легко осуществить. Другие же, в частности клонирование вымерших животных, возможно, так и не удастся претворить в жизнь. Мой взгляд как ученого, активно принимающего участие в исследованиях, посвященных восстановлению вымерших видов, можно охарактеризовать как точку зрения увлеченного реалиста. Я считаю, что во многих случаях возрождение вымерших видов не может быть оправдано ни с научной, ни с этической точки зрения. Однако я также считаю, что технология возрождения вымерших видов содержит огромный потенциал к тому, чтобы стать мощным инструментом для сохранения живых видов, находящихся под угрозой исчезновения в наши дни, а также их среды обитания. Если вам это кажется парадоксальным, продолжайте читать.
Глава 1. Обращаем вымирание вспять
Несколько лет назад мой коллега чуть голову мне не оторвал за то, что я слегка спутала дату окончания мелового периода. Я проводила неофициальный семинар по теме своего исследования для студентов магистратуры в университете, где работала, – тогда это был Университет штата Пенсильвания. На моем семинаре речь шла о мамонтах, и в частности о том, когда, где и почему они вымерли или, по крайней мере, что мы узнали об этом благодаря участкам их ДНК, извлеченным из замороженных костей. Прежде чем перейти к вымиранию мамонтов, случившемуся относительно недавно, я заговорила о более древних и широко известных вымираниях. На слайде, который "задел" моего коллегу, приводилась дата окончания мелового периода и начала палеогена, также называемая "граница К-Т" или "мел-палеогеновый рубеж" и наиболее известная тем, что именно в это время, "примерно 65 миллионов лет назад" вымерли динозавры. Мне сказали, что число возмутительно неточное. Переход мелового периода в палеоген произошел 65,5±0,3 миллиона лет назад (по крайней мере, так считало научное сообщество на тот момент), и мне никак не могли простить эти 200–800 тысяч лет.
Хотя я высоко ценю педантичное внимание своих собратьев-ученых к деталям, о динозаврах я заговорила вовсе не потому, что хотела обсудить точное время их гибели. Моей целью было просто отметить, что хотя мы считаем, будто знаем, отчего много миллионов лет назад вымерли динозавры, мы все еще спорим о том, из-за чего вымирали животные в последние 10 тысяч лет. Погубило ли мамонтов и других обитателей Земли ледникового периода то, что климат внезапно стал слишком теплым? Или же наши предки-охотники истребили этих животных? Вопрос остается открытым, возможно, из-за того, что нам не очень нравится ответ.
Последние динозавры погибли после того, как огромный астероид врезался в побережье мексиканского полуострова Юкатан. Считается, что четыре других массовых вымирания животных на Земле связаны с похожими природными катаклизмами: массивными извержениями вулканов или воздействием крупных астероидов и комет. Каждый раз в атмосферу резко выбрасывались плотные облака пыли и других загрязняющих воздух веществ, которые препятствовали доступу солнечного света. Без солнечных лучей страдали растения, и многие их виды гибли. Вслед за упадком растительности наступила гибель животных, питавшихся этими растениями, а затем тех животных, которые питались этими животными, и так далее по пищевой цепочке, пока от 50 до 90 % видов не исчезли с лица Земли.
Вымирание мамонтов было иным. Насколько нам известно, за последние 10 тысяч лет не произошло ни одной катастрофы, которая могла бы привести к их гибели. Недавние генетические исследования показывают, что популяции мамонтов, вероятно, начали сокращаться во время или сразу после последнего ледникового максимума, то есть около 20 тысяч лет назад, когда богатые кормом приполярные пастбища (часто называемые тундростепью), служившие им основным источником пищи, постепенно сменились современной арктической растительностью. Мамонты полностью вымерли в Северной Америке и Азии около 8 тысяч лет назад. Но в течение еще нескольких тысячелетий они водились в двух изолированных областях в районе Берингова пролива: на островах Прибылова, неподалеку от западного побережья Аляски, где они обитали около 5 тысяч лет назад, и на острове Врангеля, около северо-восточных берегов Сибири, где мамонтов можно было встретить еще порядка 3700 лет назад.
Благодаря ископаемым остаткам мы знаем, что мамонты, степные бизоны и дикие лошади в изобилии водились в Арктике задолго до максимума последнего ледникового периода. Они были наиболее многочисленными крупными млекопитающими в Североамериканской Арктике на протяжении большей части последних 100 тысяч лет. Это был очень холодный период в истории Земли, включавший два оледенения – одно достигло пика примерно 80 тысяч лет назад, другое – 20 тысяч лет назад, – с длинным холодным промежутком посредине. Только после максимума последнего ледникового периода Земля по-настоящему стала прогреваться, постепенно придя к климату нынешней теплой эпохи (голоцена) около 12 тысяч лет назад. Поскольку мамонты, степные бизоны и дикие лошади исчезли только после начала голоцена, логично будет заключить, что представители этих видов просто приспособились к жизни в холодном климате. Когда же на Земле потеплело, животные, адаптировавшиеся к холодам, вымерли.
Хотя это объяснение привлекает своей простотой, с ним не все ладно. Мы знаем благодаря ископаемым остаткам, что покрытые шерстью мамонты жили в Северной Америке в течение по меньшей мере последних 200 тысяч лет, но этот период включает в себя не только холодные промежутки. На самом деле около 125 тысяч лет назад на Земле было так же тепло, как сейчас, или даже теплее. Тогда достигло максимума последнее так называемое межледниковье, начавшееся примерно 130 тысяч лет назад и продлившееся до начала следующего оледенения около 80 тысяч лет назад. Окаменевшие останки мамонтов, степных бизонов и диких лошадей обнаруживаются в геологических слоях, относящихся к последнему межледниковью, следовательно, эти животные могли жить и в более теплом климате. Однако кости времен межледниковья обнаруживаются куда реже, чем кости более позднего холодного периода. Согласно ископаемым остаткам, в теплый и холодный периоды в Арктике преобладали разные виды животных. В период межледниковья это были гигантские ленивцы, верблюды, мастодонты и гигантские бобры: животные, адаптированные к жизни в теплом климате.
Если мы заглянем еще глубже, в ископаемые остатки более ранних эпох, то увидим, как начинает вырисовываться определенный паттерн. Плейстоценовая эпоха началась примерно 2,5 миллиона лет назад и закончилась около 12 тысяч лет назад с началом голоцена. В эпоху плейстоцена наша планета пережила не менее 20 крупных колебаний от холодных ледниковых эпох к более теплым межледниковьям. Средняя температура колебалась на целых 5–7 ˚C при каждом климатическом сдвиге. Ледники наступали и вновь отступали, вынуждая растения и животных отчаянно бороться (образно выражаясь) за приемлемые условия обитания. В холодные периоды на планете в изобилии водились животные, приспособленные к холодам. Когда же на Земле теплело, эти холодолюбивые виды выживали на изолированных участках (так называемых рефугиумах), зачастую на окраинах своих прежних ареалов обитания. В теплые периоды доминировали теплолюбивые виды, но когда наступали холода, их среда обитания также сокращалась до отдельных теплых рефугиумов. В плейстоценовую эпоху температурные сдвиги случались часто, однако вымирания видов происходили крайне редко. Затем, около 12 тысяч лет назад, климат сменился с холодного на более теплый, как это уже происходило ранее множество раз. Однако теперь фауны, привыкшей к холодному климату, не просто стало меньше. Многие из этих животных исчезли с лица Земли.
Что же еще изменилось во время этого, самого последнего климатического сдвига? Ответ до конца не ясен. Но одно возможное объяснение так и напрашивается: к началу голоцена почти на каждом континенте появился новый вид животных. Этот вид отличался необычайно крупным мозгом и способностью преобразовывать окружающую среду под свои потребности, вместо того чтобы искать среду обитания, к которой он наилучшим образом приспособлен. Этот вид также вызывал беспокойство своей разрушительной силой. Куда бы он ни приходил, его прибытие как будто совпадало с вымиранием других, по большей части крупных, животных. Этим видом, разумеется, были люди.
Виновны ли мы в том, что мамонты и другие животные ледникового периода вымерли? Интересно, что существуют надежные доказательства того, что именно изменение климата, а не деятельность человека запустило процесс вымирания видов, численность которых сокращалась. Люди и мамонты жили бок о бок в арктических областях Европы и Азии на протяжении многих тысяч лет во время последней ледниковой эпохи плейстоцена. Археологические находки показывают, что люди тех времен охотились на мамонтов, однако, поскольку мамонты еще долго продолжали жить на Земле, этого было недостаточно, чтобы их истребить. В Северной Америке обнаруживаются еще более явные доказательства того, что именно климат виновен в сокращении популяций мамонтов. Люди появились в Северной Америке намного позже, чем там начала сокращаться численность мамонтов, степных бизонов и диких лошадей. А значит, есть искушение заключить, что исчезновение этих животных – не наша вина. В конце концов, если нас там не было, мы не могли приложить к этому руку.
Однако важно понимать разницу между снижением числа особей в популяциях и полным исчезновением популяций. Если оценить размеры популяции животных, основываясь на количестве их ископаемых останков или на генетической информации, можно узнать, когда численность особей начала сокращаться после пика, достигнутого во времена обледенения, но нельзя вычислить момент, когда они окончательно вымерли. Если мы обратим внимание на исчезновение видов животных, а не на снижение их численности, намного труднее станет утверждать, что люди не сыграли решающую роль в этом процессе. Популяции животных, адаптировавшихся к холодному климату, сокращались на протяжении каждого теплого промежутка, а не только последнего. Однако в прошлом эти популяции выживали, находя себе рефугиумы и прячась в них до следующего похолодания. Вероятно, именно это они сделали, когда наступил текущий теплый период. Однако с появлением на сцене людей такое поведение сделало этих животных более уязвимыми, что способствовало их вымиранию.