Czy można ożywić mamuty i inne wymarłe zwierzęta?
Miscellanea / / May 13, 2023
Wyjaśnia starożytna specjalistka od DNA, Beth Shapiro.
Beth Shapiro bada DNA mamutów, dodo i innych wymarłych gatunków. W książce Życie, które stworzyliśmy, wyjaśnia, w jaki sposób ludzie wchodzili w interakcje ze zwierzętami przez całe swoje życie: polowali na nie, udomowili je i chronili przed wyginięciem. Za zgodą Corpus publikujemy fragment rozdziału „Zamierzone konsekwencje” o tym, jak naukowcy próbują wskrzesić mamuty.
Większość z nas, którzy pracują w dziedzinie starożytnego DNA, jest przyzwyczajona do pytań o wskrzeszanie wymarłych gatunków - przypuszczalnie za pomocą biotechnologii. Czy już to zrobiliśmy? NIE? Jak blisko są naukowcy, aby to zrobić? Czy w ogóle możliwe jest wskrzeszenie wymarłego gatunku? Jak przebiega proces zdrowienia? Cały czas odpowiadam na to samo - nie, jeszcze nie, raczej nie w najbliższej przyszłości.
Stworzenie dokładnej kopii wymarłego gatunku jest niemożliwe i najprawdopodobniej nigdy nie będzie możliwe.
Ale są technologie, które prawdopodobnie kiedyś pozwolą nam ożywić składniki wymarłych gatunków – ich wymarłe cechy.
Powiedzmy, że naukowiec może zmodyfikować słonia, dodając fragment DNA, który powstał podczas ewolucja mamutom i słoniom wyrosną włosy i wykształci się gruba warstwa tłuszczu podskórnego, dzięki czemu będzie w stanie przetrwać arktyczne mrozy. Istnieje możliwość modyfikacji gołębia pręgowanego tak, aby kolorem upierzenia i kształtem ogona przypominał gołębia wędrownego. Ale czy te zmodyfikowane słonie i gołębie pręgowane będą prawdziwymi mamutami i gołębiami wędrownymi? Nie sądzę.
Dlaczego nie możemy przywrócić wymarłych gatunków? Jest tysiąc powodów wymarłe gatunki trudne do ożywienia: od czysto technicznych zawiłości po kwestie etyczne dotyczące manipulacji gatunkami i wyzwania środowiskowe związane z koniecznością wypuszczania zmartwychwstałych gatunków do środowiska, w którym ich nie było, prawdopodobnie już dziesiątki tysiąc lat. Niektóre problemy techniczne można przezwyciężyć (edycja linii zarodkowej ptaków, przeszczep zarodka słonia do matki w niewoli), inne prawdopodobnie nigdy nie zostaną rozwiązane (przywrócenie mikroflory jelitowej wymarłego nosorożca włochatego, znalezienie zastępczej matki Stellera krowa).
Weźmy na przykład mamuty. Znam trzy grupy badawcze, które obecnie pracują nad odtworzeniem mamutów. Spośród nich dwoma kierował Hwang Woo-seok z południowokoreańskiej Suam Biotechnology Research Foundation i Akira Iritani z Kindai University w Japonii – starają się klonować mamuty, czyli ożywiać je poprzez proces, którego najsłynniejszym rezultatem było narodziny dolly owce.
Ponieważ klonowanie wymaga żywych komórek, Hwang ma nadzieję znaleźć żywe komórki mamuta, które przetrwają w zamrożonych tuszach, które teraz (dzięki globalnemu ociepleniu) rozmrażają się na Syberii wiecznie wieczna zmarzlina. […] Wadą tej metody jest to, że w zamrożonych tuszach mamutów nie może być żywych komórek, ponieważ proces rozkładu komórek rozpoczyna się natychmiast po śmierci. Jednak grupa robocza Iritani uznaje, że jest mało prawdopodobne, aby znaleziono żywe komórki mamuta, i zwraca się ku komórkom molekularnym biologii w celu ożywienia martwych komórek mamutów lub przynajmniej uzyskania takiego pozoru życia, aby można je było klon. Plan Iritani polega na wypchnięciu białek z jaj myszyprzeznaczony do naprawy uszkodzonego DNA, rekonstrukcji uszkodzonego DNA w komórkach mamutów.
W 2019 roku Iritani i współpracownicy opublikowali artykuł opisujący, w jaki sposób próbowali to zrobić z komórkami ze szczególnie dobrze zachowanej tuszy mamuta o imieniu Yuka. Artykuł ten został natychmiast okrzyknięty w popularnej prasie zwiastunem rychłego zmartwychwstania mamuta, ale dowody zdają się sugerować coś innego. Chociaż komórki Yuki były wyjątkowo dobrze zachowane w porównaniu z komórkami innych zmumifikowanych mamutów, mysie białka nie były zbyt skuteczne w naprawie DNA komórki.
Niemożliwe jest klonowanie mamutów, ponieważ wszystkie komórki mamutów są martwe.
Trzecią grupą, która ma nadzieję ożywić mamuty, kieruje George Church z Wyss Institute for Biological Engineering na Uniwersytecie Harvarda. Naukowcy przyznają, że nie będzie można znaleźć żywych komórek mamutów, biorąc pod uwagę, że ostatnie mamuty zmarły ponad trzy tysiące lat temu. Jednak Kościół nie zgadza się, że to wyklucza taką możliwość wskrzesić mamuty. Podkreśla, że mamy do dyspozycji nieskończone zapasy żywych komórek, prawie jak mamuty – słonie indyjskie – które można hodować w laboratorium i przekształcać z prawie mamuta w w pełni mamuta za pomocą syntetycznych narzędzi biologia. W tym celu Church uruchomił program wykorzystujący CRISPR do wstawiania DNA do komórek słonia indyjskiego. małe zmiany (po jednej na raz), aż genom komórki będzie dokładnie pasował do genomu mamut.
zakręt genom słonia do genomu mamuta jest zadaniem o zniechęcających proporcjach. Linie prowadzące do słoni indyjskich i mamutów włochatych rozeszły się ponad pięć milionów lat temu. Ponieważ szczątki mamuta są dobrze zachowane, naukowcom pracującym ze starożytnym DNA udało się w całości zrekonstruować kilka genomów z tych szczątków. Kiedy porównano je z genomami słoni indyjskich, okazało się, że mają około miliona różnic genetycznych.
Dziś niemożliwe jest dokonanie miliona modyfikacji w DNA komórki na raz – żadna z dostępnych metod edycji genomu na to nie pozwala. Dokonanie tak wielu zmian wymagałoby fizycznego rozbicia genomu na wiele fragmentów w tym samym czasie, co jest potencjalną katastrofą, po której komórka raczej się nie podniesie. Poza tym każda modyfikacja (lub zestaw modyfikacji) wymaga własnego mechanizmu edycji, a próby wrzucenia ich wszystkich do klatki na raz najwyraźniej nie zakończą się niczym dobrym.
Jak dotąd grupa Churcha wprowadza jedną lub więcej modyfikacji na raz, upewniając się, że są gotowe. poprawnie, a następnie bierze komórki z poprawną modyfikacją i poddaje je następnej rundzie redagowanie. Kiedy ostatnio zapytałem Churcha, jak sobie radzą, powiedział, że jego zespół dodał około 50 osób modyfikacje, zastępując niektóre geny wariantami mamuta, które według badań sprawiają, że mamut wygląda bardziej jak mamut niż słoń. Dziś zespół Churcha ma żywe komórki, które po sklonowaniu będą zawierały instrukcje genetyczne przywracające niektóre cechy mamuta. To nie są komórki mamuta, ale raczej podobne do mamutów.
Czy można sklonować mamutowe komórki Kościoła? Technologie klonowania, zwłaszcza zwierząt domowych, takich jak owce i krowy, uległy znacznej poprawie od 2003 r., kiedy to urodziła się owca Dolly. Jednak w przypadku innych rodzajów dużo czasu poświęca się na doprecyzowanie wszystkich niezbędnych szczegółów: jak i kiedy odebrać jaj, jak stworzyć idealną kulturę dla wczesnego rozwoju zarodków, kiedy wszczepić im surogatkę matka. A główną przeszkodą jest etap przeprogramowania, na którym komórka somatyczna zapomina, jak być komórką swojego typu, i zamienia się w komórkę typu, który może stać się całym zwierzęciem. Ten krok rzadko jest wykonywany prawidłowo — tak rzadko, że wskaźnik powodzenia prób klonowania ledwo przekracza 20%, nawet w przypadku gatunków, które naukowcy klonują przez cały czas.
Słoni nigdy nie sklonowano, po części dlatego, że nie ma niszy rynkowej dla sklonowanych słoni.
Nasz rynek klonów domowy zwierzęta rosną. Firma biotechnologiczna Boyalife Genomics buduje fabrykę klonowania bydła w Tianjin i twierdzi, że tak będzie w stanie hodować rocznie milion sklonowanych krów wagyu, aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na chińską wołowinę. rynek.
Firma Hwanga, Sooam Biotech, jest gotowa do sklonowania twojego psi, a w ViaGen Pets z siedzibą w Teksasie mają psa, kota, a nawet ukochaną koń. Ale z jakiegoś powodu niewiele osób stara się sklonować swojego ukochanego słonia.
Prawdopodobnie nie da się sklonować słonia. Słonie to ogromne zwierzęta z odpowiednio dużym układem rozrodczym. To komplikuje krytyczne etapy procesu klonowania, takie jak pobranie komórki jajowej w celu przeniesienia jądra. oraz wprowadzenie rozwijającego się zarodka do macicy matki zastępczej, ponieważ błona dziewicza u słoni znajduje się między ciąże regeneruje się (posiada maleńką dziurkę, do której wchodzi plemnik samca, ale dla zarodka słonia jest to znacząca i prawdopodobnie nie do pokonania przeszkoda). Słonie indyjskie to także gatunek zagrożony, co oznacza, że jeśli ta technologia wciąż nie jest poza możliwościami nauki, to najlepiej byłoby zastosować ją w hodowli słoni.
Nawet jeśli klonowanie słoni stanie się technicznie (i etycznie) wykonalne, nie jest do końca jasne, czy matka-słoń może urodzić mamuta.
Pięć milionów lat to długi okres ewolucji, a milion różnic między DNA to bardzo dużo. Zasadniczo różnica ewolucyjna między mamutami a słoniami indyjskimi jest mniej więcej taka sama jak między ludźmi a słoniami indyjskimi szympans. Trudno sobie wyobrazić matkę szympansa niosącą ludzkie dziecko (i vice versa).
Zdarzało się, że matki zastępcze z powodzeniem rodziły młode innego gatunku, więc odległość ewolucyjna może nie być werdyktem. Psy domowe urodziły sklonowane młode wilki, domowe koty - zdrowe młode koty stepowe, a jedna krowa domowa urodziła zdrowe, sklonowane młode gaur.
Eksperymenty te dowiodły tego, co naukowcy podejrzewali od samego początku: im dalej pokrewieństwo między dwoma gatunkami, zaangażowanych w klonowanie międzygatunkowe, tym mniejsze prawdopodobieństwo sukcesu na każdym etapie procesu klonowanie. Do tej pory najdalszymi krewnymi biorącymi udział w udanym eksperymencie klonowania międzygatunkowego są wielbłądy jednogarbne i dwugarbne (dromader i dwugarbny), których drogi ewolucyjne rozeszły się około czterech milionów lat temu.
Pomimo tak długiego okresu ewolucji, w 2017 roku domowy wielbłąd jednogarbny urodziła sklonowanego wielbłąda dwugarbnego. Jest to bardzo obiecujące zarówno dla wielbłądów dwugarbnych (są one prawie pierwszymi na liście zagrożonych dużych ssaków), jak i dla ochrony. przyrody jako całości, ponieważ to wydarzenie samo w sobie podkreśla, jak zaawansowane technologie klonowania się rozwinęły i jak wiele gatunków można dzięki nim ocalić metody.
W 2003 roku, trzy lata po wymarciu gatunku, urodziła się samica koziorożca iberyjskiego. Cztery lata wcześniej grupa kierowana przez Alberto Fernandeza-Ariasa, obecnie szefa Ministerstwa Łowiectwa, Rybołówstwa i mokradeł hiszpańskiej Autonomii Aragonii, zebrał komórki Celii, ostatniego osobnika koziorożca pirenejskiego i poddał je natychmiastowy zamrażanieaby nie uszkodzić DNA. Następnie Fernandez-Arias i jego współpracownicy spędzili kilka lat na opracowywaniu strategii odrodzenia kozła górskiego. Próbowali wziąć jaja, aby sklonować komórki Celii z innych dzikich kozic górskich, ale dzikie zwierzęta nie są przyzwyczajone do ludzi i świetnie uciekają, więc eksperyment przegrany.
Na szczęście łatwiej było zbierać jajka od kóz domowych. Zamiast DNA kozy domowej naukowcy wprowadzili do jaj DNA zamrożonych komórek somatycznych Celii, po czym 57 transformowanych jaj wszczepiono zastępczym matkom. Komórki te były hybrydami kozy domowej i koziorożca pirenejskiego. Siedem zarodków zostało wszczepionych, a jedna samica urodziła się żywa. Niestety, sklonowana samica miała wrodzoną anomalię płuc, prawdopodobnie spowodowaną złożonością procesu klonowania, i zmarła w ciągu kilku minut. Próby ożywienia koziorożca iberyjskiego z komórek Celii zostały wstrzymane, ale komórki nadal są przechowywane w stanie zamrożonym.
Jest prawdopodobne, że któregoś dnia naukowcy będą w stanie przekodować genom słonia do genomu mamuta i sklonować to klatkę, umieszczając ją razem ze swoją matką słonią, jednak sam proces może uniemożliwić odrodzenie się mamuta rozwój.
Sklonowany mamut urodzony przez matkę słonia (lub sztuczne łono preferowane przez George'a Churcha jako rozwiązanie problemu klonowania słonia) prawdopodobnie będzie wyglądał jak mamut.
Prawie każdy z nas wśród naszych znajomych ma bliźnięta jednojajowe, więc wyobrażamy sobie, jak bardzo DNA wpływa na wygląd. Ale nasi przyjaciele bliźniacy nie są wymienni. Mają różne doświadczenia życiowe, różne stresory, różne diety i różne środowiska… krótko mówiąc, są zupełnie innymi ludźmi. Czy znajdzie się mamut, który przeszedł słoniową ścieżkę rozwoju wewnątrzmacicznego, wychowany przez słonie, żywiony pokarmem dla słoni i posiadający słonią mikroflorę jelita, zachowywać się jak mamut - czy nadal jak słoń?
Oczywiście nie ma znaczenia, czy naszym ostatecznym celem jest stworzenie słonia z cechami mamuta, a prawdopodobnie właśnie tego chcemy. Ale jeśli mamy stworzyć mamuta, musimy również odtworzyć całe środowisko mamuta, od poczęcia do śmierci. I to środowisko, niestety, również wymarło.
Książka „Życie, które stworzyliśmy” obala również mity na temat inżynierii genetycznej. Beth Shapiro opowiada o tym, jak ten trend wpływa na produkcję zwierzęcą i pomaga chronić zagrożone gatunki przed wyginięciem.
Kupić książkęPrzeczytaj także🐍
- Czy ewolucja trwa? Jak ludzie zmienili się od czasów Darwina
- „Przetrwanie najsilniejszych”: 10 najsłynniejszych mitów o ewolucji
- „Najważniejszą rzeczą w życiu jest śmierć”: wywiad z epigenetykiem Siergiejem Kiselewem