Жизнь найдет выход: смогут ли ученые воплотить «Парк Юрского периода» в реальность?

ВтТо, что Алида Байёль видела под микроскопом, не имело смысла. Она изучала тонкие срезы окаменелого черепа молодого гадрозавра, утконосого травоядного зверя, который бродил по территории нынешней Монтаны 75 миллионов лет назад, когда заметила черты, от которых у нее перехватило дыхание.

Байёль изучал окаменелости из коллекции Музея Скалистых гор в Бозмане, штат Монтана, чтобы понять, как развивались черепа динозавров. Но то, что попалось ей на глаза, не должно было там быть, говорили учебники. В кальцифицированном хряще в задней части черепа было что-то похожее на окаменелые клетки. Некоторые из них содержали крошечные структуры, напоминающие ядра. В одном было что-то похожее на скопление хромосом, нити, которые несут ДНК организма.

Байёль показал образцы Мэри Швейцер, профессору и специалисту по молекулярной палеонтологии в Университете штата Северная Каролина, которая посещала музей. Швейцер защитила докторскую диссертацию в Монтане под руководством Джека Хорнера, местного охотника за окаменелостями, который вдохновил персонажа «Парка Юрского периода» Алана Гранта. Сама Швейцер прославилась — и столкнулась с волнами критики — за то, что утверждала, что нашла мягкие ткани в окаменелостях динозавров, от кровеносных сосудов до фрагментов белков.

Швейцер был заинтригован открытием Байеля, и они объединили усилия для дальнейшего изучения окаменелостей. В начале 2020 года, когда мир столкнулся с приходом Cov, они опубликовали статью о своих выводах. В их отчете изложены не только доказательства существования клеток и ядер динозавров в окаменелостях гадрозавров, но и результаты химических тестов, которые указали на ДНК или что-то подобное, свернутое внутри.

Я не думаю, что мы должны исключать получение ДНК динозавров из окаменелостей динозавров, но мы этого не сделаем, если не продолжим поиски.

Идея извлечения биологического материала из окаменелостей динозавров противоречива и глубока. Швейцер не утверждает, что нашла ДНК динозавра — доказательства слишком слабы, чтобы быть уверенными, — но она говорит, что ученые не должны отвергать возможность того, что она могла сохраняться в доисторических останках.

«Я не думаю, что мы должны когда-либо исключать получение ДНК динозавров из окаменелостей динозавров», — говорит она. «Мы еще не там, и, может быть, мы его не найдем, но я гарантирую, что не найдем, если не продолжим поиски».

Обрывки доисторических тканей, белков или ДНК могут изменить область молекулярной палеонтологии и раскрыть многие тайны жизни динозавров. Но перспектива получить неповрежденный генетический код тираннозавра или велоцираптора поднимает вопросы, к которым ученые привыкли задаваться со времен оригинального фильма «Парк Юрского периода» в 1993 году. Можем ли мы, вооружившись достаточным количеством ДНК динозавров, вернуть неуклюжих зверей?

Быстрый прогресс в области биотехнологии проложил путь к элегантным подходам к борьбе с вымиранием, когда вид, который когда-то считался исчезнувшим навсегда, получает второй шанс возродить жизнь на Земле. На данный момент основное внимание уделяется существам, с которыми люди когда-то делили планету и которых мы помогли изгнать из существования.

Возможно, самая громкая программа по борьбе с вымиранием направлена ​​на то, чтобы воссоздать, в некотором смысле, шерстистого мамонта и вернуть стада зверей в сибирскую тундру через тысячи лет после того, как они вымерли. Компания Colossal, стоящая за этим предприятием, была основана генетиком из Гарварда Джорджем Черчем и Беном Ламмом, предпринимателем в области технологий, которые утверждают, что тысячи шерстистых мамонтов могут помочь восстановить деградировавшую среду обитания: например, сбивая деревья, удобряя почву. почву своим навозом и стимулирование роста лугов. Если все пойдет по плану – а может и нет – первые телята могут родиться в течение шести лет.

Втшляпа впереди является огромным вызовом. Несмотря на то, что хорошо сохранившиеся мамонты были выкопаны из тундры, не было обнаружено живых клеток, которые могли бы их клонировать с использованием подхода, который позволил получить овцу Долли, первое клонированное млекопитающее. Поэтому Colossal разработал обходной путь. Во-первых, команда сравнила геномы шерстистого мамонта и его близкого живого родственника, азиатского слона. Это выявило генетические варианты, которые подготовили шерстистого мамонта к холоду: густая шерсть, укороченные уши, толстые слои жира для изоляции и так далее.

Следующим шагом будет использование инструментов редактирования генов для перезаписи генома клетки азиатского слона. Если 50 или около того ожидаемых правок дадут желаемый эффект, команда вставит одну из «мамонтовых» клеток слона в яйцо азиатского слона, у которого было удалено ядро. Будет применен разряд электричества, чтобы вызвать оплодотворение, и яйцеклетка должна начать делиться и превращаться в эмбрион. Наконец, эмбрион будет передан суррогатной матери или, учитывая цель произвести тысячи существ, искусственной матке, которая сможет вынашивать плод до срока.

Проект Colossal выдвигает на первый план одно из самых больших недоразумений в отношении программ возрождения. Несмотря на все разговоры о возвращении видов, это не будут копии вымерших животных. Шерстистый мамонт Colossal, как с готовностью признает Черч, будет слоном, модифицированным для выживания в холоде.

Важно ли это, зависит от мотива. Если цель состоит в том, чтобы восстановить здоровье экосистемы, то поведение животного важнее его индивидуальности. Но если движущей силой является ностальгия или попытка смягчить человеческую вину за уничтожение вида, возрождение может быть не более чем научной стратегией обмана самих себя.

Калифорнийская некоммерческая организация Revive and Restore реализует проекты, направленные на возрождение более 40 видов с помощью разумного применения биотехнологии. Организация клонировала черноногого хорька по имени Элизабет Энн, которая должна стать первым клонированным млекопитающим, помогающим спасти вымирающий вид. Есть надежда, что Элизабет Энн, созданная из клеток, замороженных в 1980-х годах, принесет столь необходимое генетическое разнообразие диким колониям хорьков, которым угрожает инбридинг.

Revive and Restore намеревается вернуть два вымерших вида птиц, вересковую курицу и странствующего голубя, уже в 2030-х годах. Продержавшись десятилетиями на Мартас-Винъярд, острове недалеко от Кейп-Код в Массачусетсе, вересковая курица в конце концов вымерла в 1932 году. несут гены вересковой курицы. В проекте странствующих голубей используется аналогичный подход, в котором в качестве генетического шаблона используется полосатохвостый голубь.

Бен Новак, ведущий научный сотрудник Revive and Restore, сравнивает вымирание с усилиями по восстановлению дикой природы, которые возвращают утраченные виды для улучшения местной среды обитания. «Внедрение биотехнологии просто расширяет эту существующую практику, чтобы иметь возможность рассматривать виды, которые раньше не рассматривались», — говорит он. Беспокоиться о том, что животные, созданные в рамках проектов по борьбе с вымиранием, не являются точными копиями исчезнувших видов, не имеет смысла, добавляет он. «Мы воссоздаем эти виды не для удовлетворения человеческой философии — мы делаем это в целях сохранения. Для сохранения важна экосистема, а экосистемы не сидят без дела, разглагольствуя о схемах классификации», — говорит он.

Должны ли люди пытаться предотвратить все будущие вымирания? Каждый вид в какой-то момент вымирает. Но в то время как вымирание является нормальным явлением в эволюции экосистем, человеческая деятельность приводит виды к краю пропасти быстрее, чем большинство видов успевает адаптироваться. Новак говорит, что предотвращение всех вымираний — это «хорошая цель», но реальность, добавляет он, такова, что правительства мира не отдают приоритет сохранению, а не эксплуатации. «Независимо от того, сколько людей действительно усердно работают, большая часть человечества все еще работает против этой цели», — говорит он. «Что мы можем сделать, так это предотвратить как можно больше прямо сейчас и повторно разнообразить мир таким образом, чтобы обеспечить экологическую стабильность для предотвращения дальнейшего вымирания».

Додо — главный кандидат на вымирание. Когда-то обитавшая на Маврикии (и только на Маврикии), эта большая нелетающая птица вымерла в 17 веке после того, как на острове поселились люди. Помимо повсеместного разрушения среды обитания, дронтам еще больше угрожали свиньи, кошки и обезьяны, которых привезли с собой моряки.

Группа под руководством Бет Шапиро, профессора экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Санта-Круз, секвенировала геном дронта из музейного экземпляра в Копенгагене. Теоретически птицу, похожую на дронта, можно было бы создать, отредактировав геном никобарского голубя, чтобы он содержал ДНК дронта, но, как и во всех проектах по борьбе с вымиранием, создать животное недостаточно: должна быть среда обитания, в которой он мог бы процветать., иначе упражнение становится бессмысленным.

«Я думаю, крайне важно, чтобы, отдавая приоритет видам и экосистемам для защиты, мы делали это, думая о том, какой будет наша планета через 50 или 100 лет, а не воображая, что мы можем каким-то образом повернуть время вспять и восстановить экосистемы. прошлого, — говорит Шапиро.

«Самая большая проблема, с которой сегодня сталкиваются многие виды, заключается в том, что скорость изменения их среды обитания слишком высока, чтобы эволюция успевала за ними. Вот где наши новые технологии могут быть полезны. Мы можем секвенировать геномы и принимать более обоснованные решения о размножении. Мы можем воскресить утраченное разнообразие путем клонирования — как Элизабет Энн, черноногого хорька, — и, возможно, мы даже сможем перемещать адаптивные черты между популяциями и видами. Наши новые технологии могут позволить нам увеличить скорость адаптации видов, возможно, спасая некоторых от той же участи, что и дронты и мамонты», — добавляет она.

Большинство проектов по борьбе с вымиранием жизнеспособны, потому что у исследователей есть либо живые клетки, либо весь геном исчезнувшего вида, а также близкий живой родственник, который может быть как генетическим шаблоном, так и суррогатной матерью для «воскресшего» животного. В случае с динозаврами это могут быть непреодолимые препятствия.

Работа Швейцера, Байлеля и других бросает вызов хрестоматийному объяснению окаменения как полной замены ткани камнем: жизнь буквально превратилась в камень. Они видят в действии более сложный процесс, когда процесс окаменения иногда сохраняет молекулы жизни, возможно, на десятки миллионов лет.

Но даже если мягкие ткани могут сохраняться в окаменелостях, это может быть не так для ДНК динозавров. Генетический материал начинает разрушаться вскоре после смерти, поэтому все, что сохранилось, может быть сильно фрагментировано. Самая старая из обнаруженных ДНК принадлежит зубу миллионолетнего мамонта, сохранившемуся в вечной мерзлоте Восточной Сибири. Более старая ДНК вполне может быть найдена, но смогут ли ученые прочитать код и понять, как он сформировал доисторических существ?

По словам Швейцера, существует множество других препятствий. Вооружившись полным геномом тираннозавра, исследователи понятия не имели, как гены располагались на скольких хромосомах. Решите эту загадку каким-то образом, и вам все равно придется найти близкого живого родственника, который может быть отредактирован, чтобы нести гены динозавра. В то время как птицы являются дальними родственниками динозавров, страусу может быть трудно выносить тираннозавра. «В конечном итоге вы просто идете вниз по списку», — говорит Швейцер. «Если мы сможем решить это, то вот это, а если мы сможем решить это, то вот это. Я не думаю, что технологии смогут это преодолеть, по крайней мере, в обозримом будущем».

Изучая геномы птиц, исследователи воссоздали зубы, хвосты и даже руки динозавров.

Но что, если жизнь найдет выход? Подход, отстаиваемый бывшим руководителем Швейцера Джеком Хорнером, заключается в том, чтобы взять живого родственника динозавра — курицу — и переписать ее геном, чтобы создать птиц с динозавроподобными чертами. Изучая геномы птиц, исследователи воссоздали динозавроподобные зубы, хвосты и даже руки, как у велоцираптора. Продолжайте, говорит Хорнер, и вы получите «курицезавра».

Однако технологии не могут решить все. Устойчивая популяция со здоровой генетической изменчивостью может потребовать 500 или около того животных. «Куда мы их поставим? И какие современные виды вы собираетесь уничтожить, чтобы динозаврам снова было место на этой планете?» говорит Швейцер. «Возможно, мы могли бы разместить его в зоопарке, чтобы люди тратили миллионы долларов, чтобы прийти и посмотреть на него, но справедливо ли это по отношению к животному?»

Вместо того, чтобы пытаться воссоздать зверей, Швейцер просто хочет лучше их понять. Органические молекулы, заключенные в окаменелостях, могут пролить свет на бесконечные тайны, окружающие динозавров. Производили ли они ферменты, чтобы получать больше питательных веществ из растений? Как они справились с уровнем углекислого газа, более чем в два раза превышающим сегодняшний? И как они поддерживали свои зачастую огромные размеры тела?

«Я не думаю, что неразумно предположить, что по мере того, как технологии и наше понимание деградации догоняют друг друга, мы можем получить информативную ДНК», — говорит она. «Подумайте о вопросах, на которые мы сможем ответить, если мы это сделаем — это то, что я нахожу захватывающим.

«Я не сомневаюсь, что мы когда-нибудь увидим гуляющего динозавра. Я не собираюсь этого исключать — ученый никогда не должен говорить никогда — но я думаю, что человеческая гордыня вернуть динозавра только для того, чтобы мы могли сказать, что сделали это. У нас должно быть больше причин».