Новости всё Hi-Tech - iCity.life Пермь

Когда в 1914 году в зоопарке Цинциннати умер странствующий голубь Марта, начался конец прекрасной эпохи. Некогда доминирующие виды в восточной части Северной Америки, странствующие голуби населяли леса огромными стаями, до нескольких миллиардов особей, в течение десятков тысяч лет, прежде чем вымереть полностью. Огромное количество этих птиц, в сочетании с их рационом на основе семян деревьев, превратило их в одного из самых важных инженеров-экологов того времени, сформировав динамику местообитаний, на которую полагались эти леса. Сейчас эти экосистемы теряют биоразнообразие, говорит Бен Новак, ведущий научный сотрудник Revive & Restore.

«Когда в 1914 году эта птица вымерла, состоялось мрачное пробуждение силы индустриального человечества, призванного уничтожить даже самые обильные природные ресурсы», говорит он. Поэтому Новак, работая с Калифорнийским институтом, создает Revive & Restore — программу, направленное на восстановление и возвращение этих видов и заселение ими их природных сред обитания — при помощи обычных голубей и силы CRISPR.

Можно ли воскресить умерший вид?

Новак входит в небольшую группу инженеров «девымирания», относительно большой группы ученых, которые надеются использовать генную инженерию для защиты или возрождения культовых видов животных, уничтоженных человеческой деятельностью.

Для некоторых девымирание (или деэкстинкция, de-extinxtion) — это путешествие с искуплением вины экологических масштабов. Да, биоразнообразие это важно, но кто скажет, что вымерший вид может адаптироваться и выживать в экологической системе, которая постоянно меняется и которая изменилась с момента его гибели? Или, что еще важнее, что, если воскрешенные животные — по существу, «пришельцы» на Земле — принесут больше вреда, чем пользы нашей хрупкой экосистеме?

«Зачем нам эти неприятности», спрашивает команда Новака. В случае со странствующими голубями ответ простой: недавно, спустя почти тысячелетие после исчезновения людей, мы, наконец, поняли решающую роль, которую они сыграли в формировании восточной североамериканской экосфере.

На текущий момент ученые выяснили, что странствующие голуби появились более 12 миллионов лет назад и были исключительно приспособлены для жизни в плотных стаях. Новые результаты, в сочетании с изучением лесной экологии, ясно показывают, что эти птицы были ключевыми инженерами динамики леса.

Эта центральная роль говорит о том, что странствующие голуби гораздо более важны для экосистемы, чем простая попытка добиться успеха в воскрешении вымерших видов. «Возвращение странствующего голубя восстановит регенеративные циклы динамики леса, в которых нуждаются десятки видов, которые сокращаются в настоящее время и пытаются выжить», говорит Новак.

«Странствующий голубь это не просто модельный вид; это, пожалуй, самый важный вид для будущего сохранения биоразнообразия лесов в восточной части Америки», говорит он.

Девымирание: черновики

Процесс двухэтапный: во-первых, вымершие виды нужно воскресить из мертвых. Во-вторых, нужно тщательно оценить повторное введение вида в окружающую среду.

У нас уже есть аналогичные примеры для второго шага, объясняет Новак. Повторное введение видов в районы, где они были искоренены, это многолетняя наука, и ученые уже видели определенные успехи: волки в Йеллоустоуне, лоси в Кентукки, бобры в Шотландии. Конечная цель состоит в том, чтобы взвесить риски, связанные с тем, чтобы делать или не делать это: что произойдет с экосистемой, если мы перестанем вмешиваться.

В случае со странствующим голубем результат его повторного введения, вероятно, будет либо нейтральным — то есть, он станет просто еще одной птицей в лесу без какого-либо измеримого воздействия, — либо положительным для выживания других видов.

В любом случае, шансы играют в пользу Новака.

Первое требование — вернуть мертвого к жизни — это очень новая наука. Но благодаря небольшому инструменту под названием CRISPR, девымирание может состояться.

Вот в чем суть: в отличие от Парка Юрского периода, ученые не пытаются оживить животное, основываясь исключительно на его ДНК.

Команда использует подход «найти и заменить»: начнем с обычного голубя, который шарится по мусорникам в городе, и включим в него гены, характерные для странствующих голубей. Используем ближайших родственников — голубей с полосатым хвостом. Путем селективного вывода генов у животного, команда надеется сконцентрировать вновь включенные гены у потомства и таким образом продвинуть «живых суррогатов» к пассажирским голубям на генетическом уровне.

При достаточном количестве поколений мы можем получить любопытные искусственные виды с ДНК, неотличимым от вымерших животных. Но станет ли гибридное животное странствующим голубем, это философский вопрос.

Эта стратегия, которой придерживаются большинство групп, пытающихся воскресить животных. Но у команды Новака появился ответ.

По сравнению с додо, например, «есть пригодная для использования ДНК, потому что в музеях и коллекциях таксидермистов набитых чучел странствующих голубей больше, чем любой другой птицы», говорит Новак. Добавьте тот факт, что у нас есть доступ к голубям с полосатым хвостом, и понимание их репродуктивных моделей, и получите, что «наука воскрешения могла бы получить все нужные стимулы и быть настойчивой».

Девымирание на практике

С 2012 года команда Новака, возможно, добилась больших успехов, чем любой другой проект девымирания.

Во-первых, в серии работ и сотрудничеств, команда постепенно раскрыла важное влияние, которое странствующие голуби оказывали на свои экосистемы, и ответила на давний вопрос о том, как их количество сократилось так быстро от миллиардов до нуля. Птицы эволюционировали, чтобы адаптироваться к жизни в большой популяции. Хотя они могли бы, наверное, оправиться от низкого генетического разнообразия, человеческая охота загнала последний гвоздь в их гроб.

Эти исследования вместе помогают возвращению странствующего голубя. Новак объяснил, что в соответствии с этими результатами мы сперва должны обеспечить голубей с полосатыми хвостами необходимыми мутациями, которые заставят их размножаться так, как это делали странствующие голуби, и они могли жить в плотных сообществах. Затем мы должны дать птицам необходимые адаптации для эффективного существования в условиях высокой социальной плотности, к примеру, черты, которые позволят им быть более чувствительными к социальным намекам, или быстрое созревание потомства, чтобы они уделяли меньше времени воспитанию детей в большом количестве.

Появление CRISPR изменило все. Впервые Новак и его команда получили доступ к относительно простому и дешевому инструменту для редактирования генов, который позволит им работать с ДНК обычного голубя.

Пока что они предприняли несколько подходов для повышения эффективности инструмента. Лучшим способом является прямое редактирование спермы или яйцеклетки голубя, потому что эти изменения будут переданы следующему поколению. В чем проблема? Ученые до сих пор не смогли вырастить эти клетки в пробирке.

Следующий важный момент: внедрение инструмента редактирования ДНК — с необходимыми инструментами — в эмбрион. Но ученые и здесь столкнулись с проблемами: им пришлось полагаться на вирусы для доставки инструментария CRISPR. В результате упаковка стала слишком большой для того, чтобы ее можно было безопасно внедрить.

Чтобы обойти эти препятствия, команда Новака сосредоточила свои усилия на создании совершенно новой линейки голубей, каждый из которых содержит генетический материал, упрощающий редактирование ДНК.

CRISPR-Cas9 это двухэтапный процесс, объясняет Новак. Часть CRISPR таится в целевой ДНК, тогда как Cas9 осуществляет разрезание. Птицы, выведенные с Cas9 в каждой клетке, по существу, имеют часть функционального инструмента для редактирования генов в своих телах, что значительно облегчает доставку других необходимых компонентов.

«В ближайшие три года мир может увидеть первые генетические черты странствующего голубя, возрожденные в живых, дышащих птицах», говорит Новак.

Если все пойдет как запланировано, в ближайшие двадцать лет мы станем свидетелями возрождения вымерших видов. Птицы додо и шерстистые мамонты тоже будут воскрешены. Рано или поздно вымирание останется уделом прошлого — к худшему, к лучшему ли.