Научный взгляд на возрождение вымерших видов животных

Я биолог. Я преподаю и заведую лабораторией в Калифорнийском университете в Санта-Крузе. Моя лаборатория специализируется в области биологии, именуемой «древняя ДНК». Мы – и другие ученые, работающие в этой области, – разрабатываем способы извлечения цепочек ДНК из костей, зубов, волос, семян и других тканей организмов, живших когда-то, и используем эти цепочки ДНК для изучения древних популяций и сообществ. ДНК, которую мы извлекаем из этих ископаемых, как правило, находится в ужасном состоянии, что не удивительно, ведь ей может быть и 700 тысяч лет.

В процессе работы я извлекла и изучила ДНК целого ряда вымерших животных, включая дронтов, гигантских медведей, степных бизонов, североамериканских верблюдов и саблезубых кошек. Извлекая и складывая вместе участки ДНК, составляющие геномы этих животных, мы можем узнать практически всё об эволюционной истории каждого из них: когда и как появился вид, к которому оно принадлежало, как этот вид переживал изменения климата во время ледниковых периодов и как внешний вид и поведение, определяющие его, изменялись под воздействием среды обитания. Меня восхищает, а порой и изумляет, как много мы можем узнать о прошлом, просто измельчив кусочек кости и выделив из него ДНК. Но как бы я ни была воодушевлена нашими последними результатами, чаще всего любопытствующие задают мне один и тот же вопрос: «Означает ли это, что мы можем клонировать мамонта?»

Почему-то всех волнуют именно мамонты.

Проблема вот в чем: этот вопрос подразумевает, что раз мы можем узнать последовательность генов вымершего вида, мы можем использовать ее, чтобы создать идентичный вымершему животному клон. К сожалению, это далеко от истины. Нам никогда не удастся создать идентичный клон мамонта. Клонирование (позже я опишу этот процесс подробнее) – это специфическая научная технология, требующая сохранной живой клетки организма, которую, в случае мамонтов, нам не удастся найти никогда.

К счастью, нам не нужно клонировать мамонта, чтобы восстановить его черты и поведенческие особенности, и именно в этой области быстрее всего продвигаются исследования, посвященные возрождению вымерших видов. К примеру, мы можем определить последовательность ДНК, отвечающую за шерстяной покров мамонта, а затем изменить последовательность слоновьего генома, чтобы вырастить слона, покрытого шерстью. Разумеется, восстановление черт мамонта – это не то же самое, что воскрешение мамонта. Однако это определенно шаг в нужном направлении.

Сегодня ученым известно намного больше, чем даже десять лет назад, о том, как секвенировать геном вымершего животного, как работать с клетками в лабораторных условиях и как с помощью генной инженерии изменить геном представителей ныне живущего вида. Сочетание этих трех технологий позволяет развернуть наиболее вероятный сценарий возрождения вымерших видов или, по меньшей мере, его первый этап: создание живой и здоровой особи.

Вначале мы находим хорошо сохранившуюся кость, из которой можно будет извлечь полный геном вымершего вида, к примеру шерстистого мамонта. Затем мы исследуем геномную последовательность, сравнивая ее с геномами живущих ныне эволюционных родственников мамонта. Ближайший из них – индийский слон, значит, с него мы и начнем. Мы определим различия в геномных последовательностях слона и мамонта и спланируем эксперимент, в ходе которого слегка подправим геном слона, изменяя несколько азотистых оснований в ДНК за раз, пока его геном не станет больше похож на геном мамонта, нежели слона. Затем мы возьмем клетку, содержащую измененную мамонтоподобную ДНК, и дадим этой клетке развиться в эмбрион. Наконец, мы имплантируем этот эмбрион слонихе, и спустя примерно два года она родит маленького мамонтенка.

Нужные для этого технологии доступны нам уже сегодня. Но каков будет конечный результат эксперимента? Можно ли считать создание слона, чьи гены содержат несколько участков мамонтовых генов, аналогичным созданию мамонта? Мамонт – это нечто большее, чем простая последовательность А, Г, Ц и Т – букв, обозначающих азотистые основания, из которых формируется цепочка ДНК. Сегодня мы не до конца понимаем всю сложность перехода от простой расстановки этих букв в нужном порядке – создания последовательности ДНК, или генотипа, – к созданию организма, выглядящего и ведущего себя как определенное животное. Создание существа, которое будет выглядеть и вести себя как представитель вымершего вида, станет ключевым шагом на пути к его успешному возрождению. Однако для этого потребуется нечто большее, чем просто найти хорошо сохранившуюся кость и использовать ее для секвенирования генома.

Когда я думаю об успешном возрождении вымершего вида, я представляю себе не индийскую слониху, рожающую в неволе шерстистого слоненка под испытующим взором ветеринаров и взволнованных (а возможно, и обезумевших) ученых. Я не думаю о том, как будет выглядеть это экзотическое животное в вольере зоопарка под любопытными взглядами детей, которые, без сомнения, всё же предпочли бы увидеть тираннозавра или археоптерикса. Что я представляю, так это безупречный арктический пейзаж, на котором мамонты (или похожие на них животные) пасутся семьями посреди тундростепи, бок о бок со стадами бизонов, лошадей и северных оленей, – ландшафт, в котором мамонты могут свободно бродить и размножаться, не испытывая потребности в человеческом вмешательстве, без страха, что они могут исчезнуть снова. Именно это – закрепление успеха, достигнутого при создании одной особи, созданием целых популяций, которые в конечном итоге будут выпущены в дикую природу, – и составляет второй этап возрождения вымершего вида. На мой взгляд, без этого второго этапа его нельзя считать успешным.

Вполне возможно, что вышеописанная арктическая идиллия ожидает нас в будущем. Но пока ученым еще предстоит кое в чем догнать своих кинематографических коллег. Так, мы еще не сумели расшифровать геном мамонта до конца и до сих пор далеки от понимания того, какие именно его участки ответственны за то, чтобы мамонт выглядел и вел себя как мамонт. Поэтому нам пока сложно определиться, с чего начать, и практически невозможно оценить, сколько работы у нас впереди.

Еще одна проблема, требующая решения, заключается в некоторых важных различиях между видами и отдельными особями. К примеру, то, когда включается конкретный ген и как долго продолжается его экспрессия в процессе развития или какое количество определенного белка вырабатывается в клетках кишечника по сравнению с клетками мозга, наследуется эпигенетически. Это означает, что инструкции к этим процессам кодируются не в самой ДНК, но определяются средой, в которой обитает животное. Но что, если окружающая среда представляет собой замкнутое пространство лаборатории, где искусственно выращивают животных? Детеныши мамонта, как и детеныши слона, поедают экскременты своих матерей, чтобы их кишечник заселился бактериями, необходимыми для переваривания пищи. Понадобится ли нам реконструировать кишечные бактерии мамонтов? Маленькому мамонтенку также нужно будет где-то жить, ему понадобится общение с другими животными, которые обучат его всему, и, наконец, ему потребуется большое открытое пространство, где он сможет свободно бродить, не подвергаясь риску быть убитым браконьером и другим опасностям. Вполне вероятно, что для этого нам понадобится новая форма международного сотрудничества и совместных действий. Многие шаги на пути возрождения вымерших видов затронут правовые и этические области, которые еще даже не были в полной мере определены, не говоря уже об их исследовании.

Несмотря на этот несколько пессимистический обзор, я не ставлю своей целью убедить вас в том, что возрождение вымерших видов никогда не произойдет, да и не должно произойти. На самом деле, я практически уверена, что в течение нескольких лет кто-нибудь из ученых заявит о том, что ему удалось возродить вымерший вид. Однако я буду отстаивать крайне высокие стандарты оценки этих заявлений. Следует ли нам объявлять об успешном возрождении вида, когда мы добавим всего один ген мамонта в ДНК эмбриона слона и этот слон выживет и достигнет зрелого возраста? Пуристы от нашей науки скажут «нет», хотя мне было бы интересно узнать, как именно вставка гена мамонта повлияет на развитие слона. Следует ли нам заявить об успехе, если родится слон, покрытый шерстью и более устойчивый к холоду, чем все остальные живущие ныне слоны? Что, если этот слон не только будет больше похож на мамонта, но и способен к размножению и поддержанию устойчивой популяции в местности, где некогда обитали мамонты? Хотя, безусловно, можно устанавливать другие критерии, я считаю, что именно это – появление на свет животного, которое способно, благодаря возрожденной ДНК мамонта, жить там, где когда-то жил мамонт, и вести себя в этом окружении так, как вел бы себя мамонт, – будет успешным возрождением вида. Даже если геном этого животного будет куда больше напоминать геном слона, нежели мамонта.

Претворяем в жизнь возрождение вымерших видов

На пути возрождения вымерших видов стоит множество преград технического толка, и хотя наука в конечном итоге найдет способ их преодолеть, это потребует значительных вложений времени и денег. Возрождение вымерших видов будет очень дорогим. Нам придется решить важные вопросы, связанные с защитой прав животных и экологической этикой. Как и в случае любого другого исследовательского проекта, нам придется соотнести его стоимость для общества с выгодой, которую общество сможет получить – чего оно сможет достичь и чему научиться.

Если мы возродим мамонта и посадим его в клетку в зоопарке, это позволит нам исследовать отличия мамонтов от современных слонов и, возможно, узнать что-то новое о том, как эволюционировали животные, адаптируясь к холодному климату. Некоторые ученые, одобряющие возрождение вымерших видов, считают это достаточной целью, а многие обыватели просто будут рады увидеть в зоопарке возрожденное животное, настолько же, насколько они были бы рады увидеть его в сафари-парке или в дикой природе. Но разве общественной пользы от возрождения мамонта, на которого мы сможем посмотреть и которого, вероятно, сможем изучать, будет достаточно, чтобы оправдать стоимость создания этого мамонта?

Если, подобно слонам, мамонты помогали поддерживать естественный баланс в своей собственной среде обитания, то, вернув мамонтов к жизни и выпустив их на просторы Арктики, мы, возможно, увидим, как существующая в наше время тундра превращается в нечто схожее с тундростепью ледниковых периодов. Благодаря этому там может образоваться естественная среда обитания для арктических животных, находящихся под угрозой исчезновения, к примеру диких лошадей и сайгаков, а также другой вымершей мегафауны. А та, в свою очередь, может стать следующей целью в проектах возрождения вымерших видов, к примеру короткомордых медведей. Достаточно ли будет восстановления в современной природе среды, благоприятствующей живущим теперь видам, чтобы оправдать понесенные потери? Разумеется, экосистемы меняются и адаптируются со временем, и у нас нет уверенности в том, что современная тундра снова превратится в тундростепь времен плейстоцена, даже если мы выпустим в нее популяции возрожденных мамонтов. Повлияет ли отсутствие уверенности в успехе на то, как мы будем оценивать стоимость возрождения вымерших видов?

Что, если мы обнаружим вид, вымерший совсем недавно и важный для сохранения нынешней природной среды, и вернем его к жизни? К примеру, кенгуровые прыгуны – грызуны, обитающие в пустынях на юго-западе Америки. В течение последних 50 лет их популяции становятся все более раздробленными, и многие подвиды на сегодня уже вымерли. Кенгуровые прыгуны играют настолько важную роль в своей экосистеме, что их исчезновение может привести к превращению пустынных равнин в сухую степь менее чем за десять лет. Вымирание кенгуровых прыгунов запустит эффект домино: исчезновение растений с мелкими семенами и их замещение растениями с более крупными семенами (ими питались бы кенгуровые прыгуны), которое, в свою очередь, приведет к уменьшению числа птиц, питающихся зернами. Сокращение числа грызунов, роющих норы и поедающих семена, замедлит гниение мертвых растений и таяние снега, недостаток нор также приведет к тому, что многие более мелкие животные и насекомые останутся без укрытия. Когда кенгуровые прыгуны вымрут, вся экосистема, в которой они жили, подвергнется опасности. Если возрождение кенгуровых прыгунов спасет целую экосистему, будет ли этого достаточно, чтобы оправдать затраты на этот проект?

В следующих главах я пошагово разберу процесс возрождения вымершего вида. Как я уже указывала ранее, он, скорее всего, будет происходить в два этапа. Первый этап включает все стадии вплоть до появления на свет живого организма, а на втором этапе ученые создадут популяции возрожденного вида, выкормят их, выпустят в дикую природу и, наконец, начнут наблюдать за ними в естественных условиях. Описывая каждый этап, я расскажу вам, что мы уже знаем, что нам нужно узнать, что мы, вероятно, вскоре узнаем и что, вполне возможно, так и останется неизвестным. Я приведу соображения как научного, так и этического характера, которые, вероятно, будут учтены в каждом проекте по возрождению вымерших видов. Хотя эта книга написана в формате практического пошагового руководства, возрождение вымерших видов не линейный процесс, и не все его шаги будут актуальны для всех видов. К примеру, виды, живые ткани которых были законсервированы до того, как умер последний представитель, можно будет клонировать в традиционном смысле этого слова, в то время как в случае других видов для создания жизнеспособного эмбриона понадобятся дополнительные шаги.

Будучи вовлеченной в работу организации Revive & Restore, я участвовала в исследовании, посвященном двум видам – современным кандидатурам на возрождение – мамонту и странствующему голубю. Как следствие, я, безусловно, буду рассматривать этот процесс в первую очередь с позиции возрождения именно этих двух видов. Тем не менее многие детали вполне применимы и к другим таксономическим категориям. Я надеюсь представить вам реалистичный (но не циничный) взгляд на перспективы возрождения вымерших видов, которое, полагаю, однажды может стать новым мощным инструментом в сохранении разнообразия биологических видов.

Глава 2. Выбираем вид

Не так давно я проводила занятие, посвященное восстановлению вымерших видов, со студентами магистратуры, которые изучают экологию в Калифорнийском университете в Санта-Крузе. В качестве первого задания я попросила каждого студента выбрать вымерший вид, который ему или ей хотелось бы вернуть к жизни, и представить аргументы в поддержку возрождения именно этого вида. Мне было любопытно узнать не только то, какие виды они выберут, но и каковы будут их мотивы. Поскольку это были студенты-экологи, я ожидала, что они сосредоточатся на том воздействии, которое окажет каждый потенциально возрожденный вид на природную среду, куда его выпустят в случае успеха. Но я ошиблась.

Студенты выбрали, среди прочих, китайского речного дельфина, маврикийского дронта, моа, сумчатого волка, каскадского горного волка, стеллерову корову и Thismia americana