Наука воскрешения видов. Как клонировать мамонта (Бет Шапиро). Книга «Наука воскрешения видов. Как клонировать мамонта

. Бет Шапиро – профессор факультета экологии и эволюционной биологии Университета Санта-Круз в Калифорнии – рассказывает нам увлекательную историю современной науки воссоздания видов. 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
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.

Оглавление

Пролог
Глава 1. Обращаем вымирание вспять
Шестое вымирание
Обращаем вымирание вспять
Научный взгляд на возрождение вымерших видов животных
Претворяем в жизнь возрождение вымерших видов
Глава 2. Выбираем вид
«Правильные» основания для восстановления вымерших видов
Как принять решение о возрождении вида: краткое руководство
Мамонта-то я и не приметил
Глава 3. Находим хорошо сохранившийся образец тканей
Как? Никакого Парка юрского периода?
ДНК из окаменелостей, в которых не сохранилась ДНК
Удивительное разнообразие ДНК в окаменелостях
Временные пределы выживания ДНК
«Слишком старый» – это сколько?
Глава 4. Создаем клона
Соматический ядерный перенос
В поисках чуда
Новая надежда и звери из подземного мира
Первая попытка
Мамонт получше и возможное решение загадки консервации
Поднимаются ставки, и в дело вступает новый участник
Итак, поиски продолжаются
Глава 5. Одичайте их заново
Искусственное одичание
Разве проще – это непременно лучше?
Слишком медленно, чтобы добиться успеха?
Глава 6. Воссоздадим геном
Вырезать и вставить мамонта
Молекулярные ножницы и ферментный клей
Возрождение вымерших видов с точки зрения CRISPR
Глава 7. Воссоздадим часть генома
Мамонтослоновая стадия возрождения вымершего вида
Если что-то выглядит как мамонт и ведет себя как мамонт, то это мамонт?
Какие части генома мы должны отредактировать?
Больше, чем сумма нуклеотидов
Глава 8. Вот теперь создаем клона
Первый случай возрождения вымершего вида? Не совсем так
Проблемы мамонтов
Клонирование (не) для птиц
Глава 9. Увеличим их число
Облегченная эволюция
Один плюс много равно популяция
От рождения одной особи до разведения множества
Другие трудности, связанные с мамонтом
Глава 10. Отпустим их на волю
И… выпустить
Генетически модифицированные организмы в роли видов, находящихся под угрозой исчезновения
На пути к восстановлению дикой природы и экологическому возрождению
Глава 11. Стоит ли нам это делать?
Мы можем вернуть к жизни опасные болезнетворные микроорганизмы
Возрождение вымерших видов несправедливо по отношению к живым
Мы должны отдавать преимущество сохранению существующих видов
Возрожденным видам будет некуда податься
Выпущенные в дикую природу возрожденные виды разрушат существующие экосистемы
Возможность возрождения вымерших видов увеличит число новых вымираний
Мы «вообразили себя богами»
Результатом возрождения вымерших видов станут не те виды, которые когда-то вымерли
В будущее с оптимизмом
Благодарности

Издательство: Питер
Год: 2017
Серия Pop Science
Жанр: Биология, биофизика, биохимия, Зарубежная образовательная литература
Формат: RTF,FB2,EPUB,MOBI,DOCX
Язык: Русский

How To Clone a Mammoth. The Science of De-Extinction

* * *

Моим детям Джеймсу и Генри, которым жить дальше с тем хаосом, что мы им оставим

Пролог

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.

Итак, мамонты, степные бизоны и дикие лошади, вероятно, вымерли вследствие сочетания ряда факторов: изменения климата, охоты, а также из-за исчезновения тундростепи. Быстрое потепление, начавшееся по окончании последней ледниковой эпохи, привело к сокращению природных зон, необходимых им для жизни. Уменьшение числа травоядных, топчущих и поедающих растения, привело к замедлению круговорота питательных веществ, снижая тем самым продуктивность экосистемы. В довершение всех бед появился новый разумный хищник, рассматривающий любые островки природы ледникового периода как идеальные охотничьи угодья. Растущие человеческие популяции, совершенствующие свои технические приспособления, еще сильнее изолировали друг от друга и от природных ресурсов, необходимых им для выживания, популяции животных, которые пережидали неблагоприятные времена. Популяции отдельных видов вполне смогли бы продержаться в рефугиумах еще много лет после начала голоцена. К примеру, наши исследования ДНК показывают, что степные бизоны продолжали жить на изолированных участках территории далеко на севере Скалистых гор еще тысячу лет назад. По мере того как мы будем узнавать всё больше о сроках и паттерне вымирания этих и других животных, исчезнувших с лица Земли не так давно, без сомнения, всё понятнее будет становиться роль людей в этом процессе.

Шестое вымирание

Спустя 3700 лет после того, как на острове Врангеля умер последний мамонт, мы стали свидетелями тревожно большого числа современных вымираний животных, и это число, похоже, продолжает расти. Некоторые ученые дошли до того, что стали называть гибель животных в голоцене шестым вымиранием, подразумевая, что современный кризис может стать настолько же разрушительным для биологического разнообразия Земли, насколько стали и пять других массовых вымираний в истории нашей планеты.

Само это слово «вымирание» пугает нас и вводит в ступор. Но почему? Вымирания – это часть нашей жизни. Это естественное последствие видообразования и эволюции. Новые виды появляются, а затем соревнуются друг с другом за территорию и ресурсы. Победители остаются. Проигравшие вымирают. Более 99 % видов, когда-либо живших на Земле, к настоящему моменту исчезли. На самом деле доминирование нашего собственного вида стало возможным только благодаря вымиранию динозавров, освободивших пространство для новых разнообразных видов млекопитающих, а впоследствии мы сами вытеснили неандертальцев.

Мне кажется, вымирания пугают нас по трем причинам. Во-первых, мы боимся упущенных возможностей. Вымерший вид исчезает для нас навсегда. А что, если он содержал в себе лекарство от какой-нибудь ужасной болезни или был критически важен для сохранения чистоты океанов? Как только вид исчезает, исчезают и связанные с ним возможности. Во-вторых, мы боимся перемен. Вымирание видов изменяет мир вокруг нас как предсказуемым, так и непредсказуемым образом. Каждое поколение считает свою версию окружающего мира подлинной, единственно верной. Вымирание животных делает наш мир менее узнаваемым и лишает нас эмоциональной опоры знакомой с детства реальности. В-третьих, мы боимся провалов. Нам нравится жить в изобильном и разнообразном мире, и, будучи наиболее могущественным видом за всю историю планеты, мы чувствуем, что наш долг – защищать это разнообразие от своих же разрушительных порывов. Тем не менее мы вырубаем леса и разрушаем среду обитания других биологических видов. Мы охотимся на животных и вторгаемся на их территорию, даже если знаем, что они опасно близки к вымиранию. Мы строим города, скоростные шоссе и плотины, перекрывая миграционные пути популяций. Мы загрязняем океаны, реки, землю и воздух. Мы путешествуем с максимально возможной для нас скоростью на самолетах, поездах и кораблях, завозя издалека чужеродные виды животных в девственные природные ареалы. Мы не справляемся со своими обязанностями – защищать другие виды животных, с которыми мы делим эту планету, или даже просто жить с ними по соседству. А когда мы прекращаем думать об этом, то чувствуем себя ужасно.

Нам куда проще смириться с вымиранием, когда очевидно, что это не наша вина. Почему вымерли мамонты? Будучи людьми, мы хотели бы, чтобы ответом были естественные причины . Естественное изменение климата, к примеру. Мы предпочли бы узнать, что мамонты вымерли, потому что для жизни им нужны были пастбища тундростепи. И что они просто умерли от голода, когда тундростепь исчезла по окончании последнего оледенения. Мы предпочли бы не знать, что мамонты вымерли из-за того, что наши предки жадно истребляли их ради мяса, кожи и меха.

Хотя некоторых людей может не беспокоить исчезновение биологических видов, пока это не касается лично их, многие все же находят вымирания недопустимыми, в особенности если вина лежит на нас. Большинство современных вымираний легко игнорировать, поскольку они мало влияют на нашу повседневную жизнь. Накопительный эффект этих вымираний, однако, в будущем приведет к резкому снижению биологического разнообразия. Возможно, в этом будущем наземные и морские экосистемы претерпят столько изменений, что мы сами, в свою очередь, станем уязвимым видом, близким к вымиранию. Трудно придумать что-то, что касалось бы лично нас еще сильнее.

Бет Шапиро

Наука воскрешения видов. Как клонировать мамонта

How To Clone a Mammoth. The Science of De-Extinction

* * *

Моим детям Джеймсу и Генри, которым жить дальше с тем хаосом, что мы им оставим

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.

Глава 1. Обращаем вымирание вспять

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.

Отрывок
СОЗДАЕМ КЛОНА

Когда вы работаете в тундре, никому нет дела до того, что вы фальшиво поете во весь голос, прогуливаясь вдоль извилистой реки. Никто не смеется над пятью слоями одежды, надетыми на вас, и не подшучивает над разнообразием сеток, которыми вы опутали себя в последней обреченной попытке не подпустить комаров к своему телу. Никто и ухом не ведет, когда ваш видавший виды вертолет Ми-8 совершает неожиданную посадку посреди сибирской тундры, чтобы подобрать франкоговорящую пару с пятилетним ребенком и большим красным холодильником.

Всему этому я научилась летом 2008 года, во время того, что я с нежностью вспоминаю как свой самый странный и наименее успешный сезон охоты за костями. Тем летом мы провели несколько недель в маленьком лагере, окруженном озерами, в низинной тундре полуострова Таймыр. Мы охотились на мамонтов.

Руководил экспедицией на Таймыр Бернар Бьюиг, бывалый и в хорошем смысле эксцентричный исследователь Арктики, и причин считать, что мы потерпим неудачу, не было. На протяжении десятилетий Бернар возглавлял компанию «Церполекс» (от франц. CERcles POLaires EXpédition) и руководил сухопутными экспедициями по Сибири и на Северный полюс. Эти экспедиции начинались на его хорошо оборудованной базе в Хатанге, небольшом российском городе, стоящем на реке Хатанге в Красноярском крае. К началу 2000-х Бернар переключился на экспедиции, имеющие более научный характер, и основал при «Церполексе» организацию Mammuthus (лат. «мамонт»), заявленной целью которой было исследование и прославление Арктики и ее многочисленных сокровищ. Однако, как намекает название этой организации, в центре ее особого внимания был поиск мумифицированных останков мамонтов и содействие их исследованию. Образование компании Mammuthus было либо предприимчивым шагом, либо просто очень своевременным, поскольку с начала этого столетия мумии мамонтов и других древних гигантов ледникового периода стали обнаруживаться в вечной мерзлоте Сибири на удивление часто.

Повстречавшись с Бернаром, нельзя было не увериться как в его лидерских качествах, так и в успехе экспедиции. К 2008 году Бернар имел десятки лет опыта работы в сибирской тундре. Он обладал неисчерпаемой энергией и энтузиазмом, был хорошо знаком с трудностями логистики при работе в Сибири (и знал способы обойти эти трудности), а также владел большой коллекцией теплых курток. Что важнее всего, он долго сотрудничал с местным населением, и это некоторым образом объясняет, почему он так часто первым получал доступ к недавно обнаруженным мумиям мамонтов. Все указывало на то, что экспедиция должна увенчаться успехом.

Наше приключение началось в сибирском доме Бернара в Хатанге. Хатанга - необычное место. Это одна из самых северных точек в мире, где живут люди. Хотя население города составляет менее 3,5 тысячи человек, там есть аэропорт, гостиница и музей природы и этнографии, полный экспонатов, связанных с людьми, живущими в этой местности, и ее историей. В Хатанге также есть несколько ресторанов, где подают мясо местных животных, приправленное укропом, и несколько маленьких магазинчиков, где продается морковь с признаками обморожения по цене 8 долларов, полуавтоматические пулеметы и причудливое разнообразие ароматизированной жевательной резинки. Дороги и речные берега усыпаны незнакомыми механизмами, некоторые из них, возможно, все еще работают. Люди там живут где угодно - и в маленьких деревянных хижинах, и в больших многоквартирных домах и даже транспортных контейнерах - тех, которые используются на судах-контейнеровозах для перевозки грузов через океан. Даже дом Бернара частично состоял из транспортных контейнеров, соединенных вместе и, предположительно, хорошо изолированных от внешней среды. В конце концов, город располагается на 71 градусе северной широты, и зимы в Хатанге темные и холодные, со среднемесячной минимальной температурой около –35 °C и полным отсутствием солнечного света в течение многих дней в декабре и январе. Правда, мы находились там с июля по август, и температура воздуха колебалась в приемлемых пределах 5–15 °C, а солнце светило круглые сутки. Разумеется, вокруг кружило несколько комаров, портя в остальном прекрасную атмосферу. Точнее, несколько сотен комаров.

На кубический сантиметр воздуха.

В нашей экспедиции участвовали Бернар, его жена Сильвия и их двадцатилетний племянник Питу, несколько русских, работавших на Бернара, французская женщина-режиссер и ее бойфренд, а также целое собрание ученых с самыми разнообразными интересами, касающимися животных ледникового периода. Самым старшим ученым в нашей группе был Дэн Фишер, специалист по изучению мамонтов и профессор Мичиганского университета. Дэн - мировой эксперт в своей области: исследуя паттерны роста мамонтовых бивней, он может определить пол, репродуктивную историю, образ жизни и даже причины смерти животного. Дэн тоже измеряет количество стабильных изотопов химических элементов, углерода и азота, накапливавшихся в бивне мамонта по мере его роста. Эти изотопы образуют почти непрерывную запись изменений в рационе мамонта и в окружавшей его среде. С нами также работали Адам Раунтри и Дэвид Фокс, ранее обучавшиеся под руководством Дэна. Наконец, среди нас было двое исследователей, интересующихся ДНК: я и Иэн Барнс, который в то время преподавал в колледже Ройял-Холлоуэй в Лондонском университете, но я познакомилась с ним во времена, когда трудилась над своей диссертацией в Оксфордском университете.

Дэн, Дэвид и Адам мечтали найти бивни, мы же с Иэном надеялись на кости мамонтов. Бивни лучше подходят для изотопного анализа, но в них содержится очень мало ДНК. Нас с Иэном, кроме того, интересовали все животные, обитавшие на Таймыре в периоды оледенения, так что мы не были строго сосредоточены на сборе мамонтовых костей.

По причинам, оставшимся для меня загадкой, и несмотря на обещания, данные Бернару еще до нашего прибытия в Хатангу, вертолета нам пришлось ждать целую неделю. Мы временно поселились у Бернара и, чтобы убить время, занялись исследованием Хатанги. Мы примерили на себя множество теплых курток и противомоскитных приспособлений. Мы бродили по улицам, дразня местных собак и пытаясь разгадать предназначение разнообразных механизмов. Мы устанавливали ловушки для насекомых и определяли виды тех, которые туда попались. Мы просверлили отверстия в нескольких костях из коллекции Бернара для нашей съемочной группы и на благо будущих исследовательских проектов. Пока мы ожидали, Бернар организовывал и был вовлечен в одну за другой встречи с его группой российских ученых и специалистов по логистике. Эти собрания были яркими и волнующими: гигантские карты не помещались на столах, разговоры переходили на повышенный тон, проводились сверки со старыми научными документами, описывающими географические пределы прошлых оледенений, водка лилась в стаканы и строился план будущей экскурсии.

Наконец, вертолет прибыл и настала пора вылетать в поле. Мы собрали еду, горючее и вещи и отправились из дома Бернара прямо в аэропорт. Мы пробрались через контроль безопасности на взлетную полосу и встретились лицом к лицу со своим следующим транспортным средством: всеми любимым вертолетом Ми-8. Около четверти пространства в нем уже занимали два огромных газовых баллона. Пробираясь мимо баллонов, мы забросили внутрь свое походное снаряжение, камеры и осветительные приборы для съемок, две большие надувные лодки и два подвесных мотора мощностью в 250 лошадиных сил каждый, запасы риса и неизвестной сублимированной еды, достаточные, чтобы прокормить двадцать человек в течение шести недель, гигантскую канистру бензина для готовки и водку в объеме, достаточном, чтобы ощущать счастье в течение по меньшей мере суток. В вертолете Ми-8 недоставало около трети окон, предположительно, чтобы на борту было удобнее курить.

Загрузив все свои вещи, мы забрались внутрь и устроились на лавках под окнами, а также сверху на вещах и баллонах с газом. Последним на борт поднялся Паша, пес нашего повара, годовалый сибирский хаски. Паша выражал свои опасения по поводу участия в нашей экспедиции, пытаясь слиться с покрытием взлетной полосы под трапом. Я разделяла Пашины сомнения относительно того, что лучше: быть проглоченным взлетно-посадочной полосой или подняться в небо на Ми-8. Когда стало ясно, что полоса не желает поглощать Пашу, он сбежал. Повар и один из пилотов выбрались наружу, выкурили несколько сигарет, поймали Пашу, подняли его на руках примерно до середины трапа, каким-то образом умудрились упустить его, поймали снова, усмирили в достаточной степени, чтобы дотащить до конца трапа и внести в дверь, и, наконец, мы устроились в кабине. Под радостные возгласы и отчаянный вой Паши мы оторвались от земли и полетели в сторону тундры.

Соматический ядерный перенос

Если в коллекциях по всему миру уже накоплено такое множество костей, зачем нам выбираться в поле, чтобы найти еще какие-то? Зачем иметь дело со сломанными вертолетами, золотыми рудниками, двадцатичетырехчасовым световым днем и тучами комаров? Ответ прост: лучшие кости - те, которые попали к нам прямиком из обледеневшей тундры. Мы хотим найти кости, которые ни разу не оттаивали. В них содержатся наилучшим образом сохранившиеся клетки с наилучшим образом сохранившейся ДНК.

Мы - не единственная группа ученых, проводящая свое лето в Арктике в поисках останков животных ледникового периода или болтающаяся по золотым приискам, но мне приятно думать, что у нас самый здравый подход к делу. К примеру, мы знаем, что не ищем клетки, которые можно будет клонировать. Все, что известно ученым о клонировании животных с использованием соматических клеток (то есть не являющихся ни сперматозоидами, ни яйцеклетками), говорит о том, что клонирование сработает только в том случае, если клетка содержит неповрежденный геном. Ни одной такой клетки не было обнаружено в останках вымерших животных, найденных во льдах тундры.

Разрушение ДНК начинается сразу же после смерти организма. Растительные и животные клетки содержат ферменты, задача которых - разрывать связи внутри молекулы ДНК. Эти ферменты, называемые нуклеазами, обнаруживаются в клетках, слезной жидкости, слюне, поте и даже на кончиках наших пальцев. Пока мы живем, нуклеазы критически важны для нас. Они уничтожают проникающие в наш организм патогенные микробы до того, как они причинят нам какой-либо вред. Они устраняют поврежденную ДНК, позволяя нашим клеткам починить то, что было сломано. А после смерти наших клеток нуклеазы разрушают их ДНК, так что нашему организму проще избавиться от них. Другими словами, нуклеазы эволюционировали таким образом, чтобы оставаться активными и после того, как клетка гибнет, и это плохие новости для тех, кто хочет клонировать мамонта.

В лаборатории мы не даем нуклеазам разрушать ДНК, которую мы пытаемся выделить, либо погружая свежий образец в раствор химических ингибиторов, либо подвергая его быстрой заморозке. Арктика - холодное место, но недостаточно холодное, чтобы заморозить что-то (особенно такое большое, как мамонт) достаточно быстро, чтобы защитить ДНК от распада. Вдобавок нуклеазы вырабатываются всеми живыми организмами, включая бактерии и грибы, которые колонизируют разлагающиеся тела мертвых животных. Следовательно, шанс, что геномы каких-либо клеток могут сохраниться совершенно нетронутыми в течение длительного времени после смерти, невелик. Без неповрежденного генома клонировать мамонта не получится. Точнее, не получится клонировать мамонта путем соматического ядерного переноса.

Соматический ядерный перенос - это унылое, но вполне подходящее название для процесса, благодаря которому у нас появился, в частности, самый известный клон - овечка Долли (рис. 8). Долли клонировали ученые из Рослинского института в Шотландии в 1996 году. Ученые удалили ядро - часть клетки, содержащую геном, из клетки молочной железы, взятой у взрослой овцы, и поместили это ядро в подготовленную яйцеклетку другой взрослой овцы. Затем эта яйцеклетка развилась в матке еще одной взрослой самки в совершенно здоровую особь своего вида. Важно отметить, что овца, клонированная путем ядерного переноса, была генетически идентична животному, ставшему донором клетки молочной железы, и не имела ничего общего со своей суррогатной матерью или той овцой, у которой взяли яйцеклетку.

Чтобы разобраться в хитросплетениях этого процесса, нужно узнать кое-что о клетках. Наши тела (и тела других живых организмов) состоят из клеток трех основных типов: стволовых, половых и соматических. Соматических - больше всего, к ним относятся клетки кожи, мышечные клетки, клетки сердца и т.д. Соматические клетки имеют диплоидный набор хромосом, - это означает, что в них содержится по две копии каждой хромосомы - одна от матери и одна от отца. Соматические клетки также имеют специализацию - это могут быть клетки мозга, клетки крови или клетки молочной железы, подобные тем, которые использовали при создании Долли. Еще одна категория клеток - это первичные половые клетки (гоноциты), из которых образуются гаметы - сперматозоиды и яйцеклетки. Гаметы имеют гаплоидный набор хромосом, то есть в них содержится только одна копия каждой хромосомы. При нормальном половом размножении две гаплоидные гаметы сливаются в момент оплодотворения, образуя диплоидную зиготу, из которой затем развивается эмбрион.

При ядерном переносе этап оплодотворения и слияния гамет опускается. Вместо этого происходит процесс, называемый энуклеацией, в ходе которого удаляется гаплоидный геном яйцеклетки. Затем на его место помещается диплоидное ядро соматической клетки (в случае Долли - клетки молочной железы).

При нормальном половом размножении млекопитающих зигота, образовавшаяся при оплодотворении, содержит клетки, не имеющие никакой специализации. Такие неспециализированные клетки относятся к третьей категории и называются стволовыми. Стволовые клетки, из которых состоит зигота на раннем этапе своего развития, называют тотипотентными, потому что они могут превратиться в клетки любого типа и, следовательно, способны дать начало целому живому организму. По мере дальнейшего развития зародыша клетки размножаются и начинают дифференцироваться, то есть выполнять более специализированные функции в организме. На одном из самых ранних этапов развития зародыша тотипотентные стволовые клетки теряют свою способность превращаться в клетки любого типа, но все еще не имеют четкой специализации. Теперь эти клетки называются плюрипотентными. Плюрипотентные стволовые клетки млекопитающих, к примеру, могут превращаться в клетки любого типа, кроме плацентарных.

Плюрипотентные стволовые клетки представляют особенный интерес для науки, поскольку с их помощью можно лечить людей. Когда стволовые клетки делятся, из них получаются либо другие стволовые клетки, либо специализированные соматические. Это означает, что они потенциально способны заменять собой больные или поврежденные клетки. Стволовые клетки можно обнаружить не только в развивающемся эмбрионе, но и во всех тканях взрослого организма. Стволовые клетки взрослых склонны к более высокой специализации, чем эмбриональные, но, несмотря на это, они критически важны для восстановления поврежденных тканей и их обновления. В медицинских целях зачастую берутся стволовые клетки взрослых. К примеру, кроветворные стволовые клетки могут превращаться в различные виды кровяных клеток, и их используют в лечении заболеваний крови, в том числе лейкоза.

Давайте вернемся к клонированию путем ядерного переноса. Соматические клетки, в отличие от стволовых, высокоспециализированны. Они не могут превращаться в разные типы клеток, поскольку представляют собой конечную точку процесса дифференцировки. У соматических клеток есть конкретная функция, и их клеточные механизмы приспособлены к качественному выполнению этой работы. В соматической клетке, взятой из молочной железы овцы, происходит экспрессия только тех белков, которые нужны ей, чтобы выполнять функцию клетки молочной железы, и поэтому в ней включаются только те гены, которые кодируют эти белки.

Чтобы соматическая клетка смогла превратиться в целый живой организм, она должна «забыть» все о своей специализации и дедифференцироваться. Она должна снова превратиться в эмбриональную стволовую клетку.

Хотя Долли, возможно, - самое известное животное, появившееся на свет благодаря соматическому ядерному переносу, она не была первым клоном, созданным таким образом. В 50-х и 60-х годах ХХ века Джон Гёрдон из Оксфордского университета доказал, что лягушачьи яйцеклетки развиваются в лягушек даже после того, как ядра этих клеток были изъяты и заменены ядрами соматических клеток. Хотя в те времена механизм этого явления был не очень хорошо понятен, ключевым наблюдением Гёрдона стало то, что яйцеклетка каким-то образом запускает процесс дедифференцировки соматической клетки - и последняя «забывает», каким типом клетки была до этого. В 2012 году Гёрдон получил за это открытие Нобелевскую премию совместно с Синъей Яманакой из Киотского университета. Яманака позже обнаружил, что такой же плюрипотентности (дедифференцировки соматических клеток) можно добиться in vitro, то есть в тканевой культуре в лабораторных условиях, добавив в клетку набор факторов транскрипции, представляющих собой белки, которые соединяются с определенными участками ДНК и контролируют, какие гены должны включаться и когда. Такие клетки называют индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (iPSC).

Ядерный перенос используется для клонирования овец, коров, коз, оленей, кошек, собак, лягушек, хорьков, лошадей, кроликов, свиней и многих других животных. Также набирает популярность клонирование животных со специфическими требуемыми свойствами. В интернете широко рекламируются коммерческие службы, занимающиеся клонированием домашних животных и созданием клонированного потомства лошадей-чемпионов. Первые результаты уже видны: в конце 2013 года шестилетняя лошадь Шоу Ми, клон кобылы Сэйдж, выступавшей в конном поло, стала чемпионом Тройной короны в Аргентине, возможно, тем самым возвещая наступление новой эры в разведении животных для шоу и спорта.

Однако клонирование путем ядерного переноса имеет невысокую эффективность. Долли была единственным эмбрионом из 277, созданных в Рослинском институте, который дожил до своего рождения. Кобыла по имени Прометея, первая клонированная лошадь, появившаяся на свет, была единственным эмбрионом из 841, который развился в полноценную особь своего вида. Снуппи, кобель афганской борзой, клонированный корейским ученым Хваном У Соком, стал одним из двух щенков, рожденных после того, как 1095 эмбрионов имплантировали 123 разным суррогатным матерям, и единственным, прожившим более нескольких недель. Во всех этих случаях ученые имели доступ к потенциально бесконечному числу соматических клеток, взятых у живых зверей.

Живых мамонтов не существует.

» Более подробно с книгой можно ознакомиться на

Понравилась статья? Поделитесь ей

Распечатать статью

Наука воскрешения видов. Как клонировать мамонта (Бет Шапиро). Книга «Наука воскрешения видов. Как клонировать мамонта

* * *

Пролог

Глава 1. Обращаем вымирание вспять

Шестое вымирание

Отрывок СОЗДАЕМ КЛОНА

Соматический ядерный перенос

Отрывок
СОЗДАЕМ КЛОНА