Воскресіння вимерлих видів почнеться з мандрівного голуба

Коли в 1914 році в зоопарку Цинциннаті помер мандрівний голуб Березня, почався кінець прекрасної епохи. Колись домінуючі види в східній частині Північної Америки, мандрівні голуби населяли ліси величезними зграями, до декількох мільярдів особин, протягом десятків тисяч років, перш ніж вимерти повністю. Величезна кількість цих птахів, в поєднанні з їх раціоном на основі насіння дерев, перетворило їх в одного з найважливіших інженерів-екологів того часу, сформувавши динаміку місцезростань, на яку покладалися ці ліси. Зараз ці екосистеми втрачають біорізноманіття, говорить Бен Новак, провідний науковий співробітник Revive & Restore.

«Коли в 1914 році ця птиця вимерла, відбулося похмуре пробудження сили індустріального людства, покликаного знищити навіть самі рясні природні ресурси», говорить він. Тому Новак, працюючи з Каліфорнійським інститутом, що створює Revive & Restore — програму, спрямоване на відновлення і повернення цих видів і заселення ними їхніх природних середовищ існування — за допомогою звичайних голубів і сили CRISPR.

Можна воскресити померлий вигляд?

Новак входить у невелику групу інженерів «девымирания», щодо великої групи вчених, які сподіваються використати генну інженерію для захисту або відродження культових видів тварин, знищених людською діяльністю.

Для деяких девымирание (або деэкстинкция, de-extinxtion) — це подорож з спокутою провини екологічних масштабів. Так, біорізноманіття це важливо, але хто скаже, що вимерлий вид може адаптуватися і виживати в екологічній системі, яка постійно змінюється і яка змінилася з моменту його загибелі? Або, що ще важливіше, що, якщо відроджені тварини — по суті, «прибульці» на Землі — принесуть більше шкоди, ніж користі нашій крихкій екосистемі?

«Навіщо нам ці неприємності», запитує команда Новака. У випадку з мандрівними голубами відповідь проста: нещодавно, майже через тисячоліття після зникнення людей, ми, нарешті, зрозуміли вирішальну роль, яку вони відіграли у формуванні східної північноамериканської екосфері.

На поточний момент вчені з'ясували, що мандрівні голуби з'явилися понад 12 мільйонів років тому і були виключно пристосовані для життя в щільних зграях. Нові результати, в поєднанні з вивченням лісової екології, ясно показують, що ці птахи були ключовими інженерами динаміки лісу.

Ця центральна роль говорить про те, що мандрівні голуби набагато більш важливі для екосистеми, ніж проста спроба домогтися успіху у відродженні вимерлих видів. «Повернення мандрівного голуба відновить регенеративні цикли динаміки ліси, яких потребують десятки видів, які скорочуються в даний час і намагаються вижити», - говорить Новак.

«Мандрівний голуб це не просто модельний вид; це, мабуть, найважливіший вид для майбутнього збереження біорізноманіття лісів у східній частині Америки», говорить він.

Девымирание: чернетки

двоетапний Процес: по-перше, вимерлі види потрібно воскресити з мертвих. По-друге, потрібно ретельно оцінити повторне введення виду в навколишнє середовище.

У нас вже є аналогічні приклади для другого кроку, пояснює Новак. Повторне введення видів в райони, де вони були викорінені, це багаторічна наука, і вчені вже бачили певні успіхи: вовки в Йеллоустоун, лосі в Кентуккі, бобри в Шотландії. Кінцева мета полягає в тому, щоб зважити ризики, пов'язані з тим, щоб робити або не робити це: що станеться з екосистемою, якщо ми перестанемо втручатися.

У випадку з мандрівним голубом результат його повторного введення, ймовірно, буде або нейтральним — тобто, він стане просто ще одним птахом в лісі без будь-якої вимірної впливу, — або позитивним для виживання інших видів.

У будь-якому разі, шанси грають на користь Новака.

Перша вимога — повернути до життя мертвого — це дуже нова наука. Але завдяки невеликого інструменту під назвою CRISPR, девымирание може відбутися.

Ось у чому суть: на відміну від Парку Юрського періоду, вчені не намагаються оживити тварина, грунтуючись виключно на його ДНК.

Команда використовує підхід «знайти і замінити»: почнемо з звичайного голуба, який порпається по смітниках у місті, і включимо в нього гени, характерні для мандрівних голубів. Використовуємо найближчих родичів — голубів з смугастим хвостом. Шляхом селективного виведення генів у тварини, команда сподівається сконцентрувати знову включені гени у потомства, і таким чином просунути «живих сурогатів» до пасажирських голубам на генетичному рівні.

При достатній кількості поколінь ми можемо отримати цікаві штучні види з ДНК, відрізняючись від вимерлих тварин. Але чи стане гібридна тварина мандрівним голубом, це філософське питання.

Ця стратегія, якої дотримуються більшість груп, які намагаються воскресити тварин. Але у команди Новака з'явився відповідь.

У порівнянні з додо, наприклад, «є придатна для використання ДНК, тому що в музеях і колекціях таксидермістів набитих опудал мандрівних голубів більше, ніж будь-який інший птиці», говорить Новак. Додайте той факт, що у нас є доступ до голубів з смугастим хвостом, і розуміння їх репродуктивних моделей, і отримаєте, що «наука воскресіння могла б отримати всі потрібні стимули і бути наполегливою».

Девымирание на практиці

З 2012 року команда Новака, можливо, досягла великих успіхів, ніж будь-який інший проектдевымирания.

По-перше, в серії робіт і співпраць, команда поступово розкрила важливе вплив, яке мандрівні голуби надавали свої екосистеми, і відповіла на давнє питання про те, як їх кількість скоротилася так швидко від мільярдів до нуля. Птахи еволюціонували, щоб адаптуватися до життя у великій популяції. Хоча вони могли б, напевно, оговтатися від низького генетичного різноманіття, людська полювання загнала останній цвях в їх труну.

Ці дослідження разом допомагають поверненню мандрівного голуба. Новак пояснив, що, згідно з цими результатами ми спершу повинні забезпечити голубів з смугастими хвостами необхідними мутаціями, які змусять їх розмножуватися так, як це робили мандрівні голуби, і вони могли жити в щільних спільнотах. Потім ми повинні дати птахам необхідні адаптації для ефективного існування в умовах високої соціальної щільності, наприклад, риси, які дозволять їм бути більш чутливими до соціальних натяків, або швидке дозрівання потомства, щоб вони менше часу приділяли вихованню дітей у великій кількості.

Поява CRISPR змінило все. Вперше Новак і його команда отримали доступ до відносно простого і дешевого інструменту для редагування генів, який дозволить їм працювати з ДНК звичайного голуба.

Поки що вони зробили кілька підходів для підвищення ефективності інструмента. Кращим способом є пряме редагування сперми або яйцеклітини голуба, тому що ці зміни будуть передані наступному поколінню. В чому проблема? Вчені досі не змогли виростити ці клітини в пробірці.

Наступний важливий момент: впровадження інструменту редагування ДНК — з необхідними інструментами — в ембріон. Але вчені і тут зіткнулися з проблемами: їм довелося покладатися на віруси для доставки інструментарію CRISPR. В результаті упаковка стала занадто великий для того, щоб її можна було безпечно впровадити.

Щоб обійти ці перешкоди, команда Новака зосередила свої зусилля на створенні абсолютно нової лінійки голубів, кожен з яких містить генетичний матеріал, який спрощує редагування ДНК.

CRISPR-Cas9 це двоетапний процес, пояснює Новак. Частина CRISPR таїться в цільової ДНК, тоді як Cas9 здійснює розрізання. Птахи, виведені з Cas9 в кожній клітині, по суті, мають частину функціонального інструменту для редагування генів у своїх тілах, що значно полегшує доставку інших необхідних компонентів.

«У найближчі три роки світ може побачити перші генетичні риси мандрівного голуба, відроджені в живих, дихаючих птахів», говорить Новак.

Якщо все піде як заплановано, у найближчі двадцять років ми станемо свідками відродження вимерлих видів. Птахи додо і шерстисті мамонти теж будуть відроджені. Рано чи пізно вимирання залишиться долею минулого — до гіршого, на краще.

Яка тварина воскресили б ви? Розкажіть в нашому