В конце февраля нынешнего года страницы множества научных и научно-популярных изданий в буквальном смысле покрылись стадами мамонтов: выдающийся генетик и химик Джордж Чёрч (George Church), известный своими работами в области молекулярной биологии, сообщил, что он и его коллеги в ближайшие пару лет смогут воскресить шерстистого мамонта, который, как известно, вымер около 10 000 лет назад. Мамонты — одни из самых харизматичных зверей, когда-либо обитавших на Земле. Однако многие биологи, комментируя грядущее «воскрешение» мамонта, советовали для начала определиться, как и зачем мы собираемся это делать.
Сначала о том, как. У всякого биологического вида есть более или менее близкие эволюционные родственники. Близкородственные виды больше похожи друг на друга, чем дальние родичи. В таком случае мы можем скомбинировать генетический портрет вымершего вида из тех генов, которые остались у его непосредственных потомков и родственных видов, доживших до нашего времени. Здесь подойдут методы классической генетики, которые сводятся к тому, что мы скрещиваем животных, а потом анализируем признаки, попавшие в потомство, и отбираем среди потомства тех особей, которые более всего похожи на интересующий нас вымерший вид. Например, если попытаться вывести мамонтов из азиатских слонов, то нужно целенаправленно отбирать в каждом поколении наиболее волосатых особей (конечно, волосатость не единственный признак, отличающий слонов от мамонтов). Но в этом случае в геноме всё равно останутся существенные примеси современных видов и то, что мы получим, будет лишь версией вымершего животного, в той или иной степени близкой к оригиналу.
Молекулярная биология позволяет манипулировать генетическим материалом напрямую: можно выделить ДНК из останков того же мамонта, сравнить её с ДНК нынешних слонов и таким образом понять, что нужно сделать со слонами, чтобы они стали мамонтами. Дальше в дело вступают методы генной инженерии: отредактировав в геноме слона нужные гены, мы получим кого-то очень и очень похожего на мамонта. Генная инженерия позволяет выполнить ту же задачу быстрее, чем скрещивания, и результат должен получиться намного более убедительным.
Редактирование вовсе не обязательно подразумевает масштабную перестройку генома. Например, если вспомнить про другой вымерший вид — странствующего голубя, которого полностью истребили к началу XX века, то его геном на 97% неотличим от генома ближайшего родственника — полосатохвостого голубя, благополучно здравствующего по сей день. То есть ДНК обоих голубей отличается всего на 3%, и среди этих 3% есть несколько тысяч мутаций, определяющих различия между видами. А уже из нескольких тысяч можно выделить несколько десятков действительно ключевых генетических особенностей, которые делают странствующего голубя — странствующим голубем, а полосатохвостого голубя — полосатохвостым. И, собираясь реконструировать вымерший вид, нужно только понять, какие мутации считать истинно необходимыми.
Джордж Чёрч и его команда «мамонтовоскрешателей» утверждают, что им удалось внести в геном азиатского слона (ближайшего эволюционного родственника шерстистого мамонта) уже целых сорок пять мамонтовых модификаций, часть из которых должна снабдить слона мамонтовой шерстью и толстым жировым слоем. Впрочем, только лишь этими сорока пятью вопрос не исчерпывается: в слоновью ДНК нужно будет ввести ещё ряд мамонтовых особенностей, после чего проверить, как такой гибридный геном ведёт себя в клетках, не конфликтуют ли модифицированные и немодифицированные гены друг с другом. Исследователи рассчитывают, что всё это им удастся сделать за два года. Однако не стоит ждать к 2019—2020 годам готового мамонта. Всё, что сделали Чёрч и его команда, они сделали пока только на молекулах ДНК. Потом нужно будет проделать генетическое редактирование со слоновьим эмбрионом, пересадить его суррогатной матери и надеяться, что его развитие пройдёт благополучно. Учитывая, что при таких манипуляциях много эмбрионов гибнет, трудно поверить, что до дела тут вообще дойдёт: азиатский слон причислен к вымирающим видам, и вряд ли можно будет заполучить достаточное число его эмбрионов для молекулярно-клеточных экспериментов.
Но представим, что все технические сложности удалось преодолеть: мы спокойно вносим в геном любые изменения и в любом количестве и недостатка в биологическом материале у нас нет. И вот тут возникают трудности более высокого порядка, эволюционного и экологического. Во-первых, один восставший из небытия мамонт — это ещё не вид, это всего лишь одна особь. Чтобы воскресить целый вид, нужно много мамонтов, они должны жить сами и сами размножаться. Теперь вспомним одно из основных правил эволюции: популяция вида должна обладать довольно широким генетическим разнообразием. Живые существа обитают в весьма изменчивой среде, а то, насколько они к ней приспособлены, зависит от генов. Резкие изменения в окружающей среде для отдельной особи могут закончиться плохо, в целом же популяция выживет, потому что среди её членов найдутся такие, чьи варианты генов позволяют выжить в новых обстоятельствах.
Хотя может быть и так, что не найдутся. Если вся популяция состоит из особей с очень-очень похожими вариантами генов, а среда вокруг очень-очень изменчивая, то ничего хорошего ждать не приходится. Жизнеспособная популяция должна включать в себя сотни и тысячи особей с индивидуальными генетическими наборами, и только тогда, когда у нас будет такая популяция (а ещё лучше — несколько), мы сможем говорить о «воскрешённом» виде.
Это во-первых, а во-вторых — куда именно мы собираемся воскрешать выбранный вид? Ведь некогда он существовал в определённой экосистеме и был связан с другими видами, которые его окружали в те времена. Сейчас уже все понимают, что нельзя заниматься каким-то видом, взятым отдельно от других. Если отвлечься от мамонтов и вспомнить про современных животных, которым грозит исчезновение, то раньше экологи именно так и пытались их сохранять — последовательно и чаще всего начиная с тех, кто занимает более низкие ступени пищевой пирамиды. Тут есть свой резон: кажется очевидным, что если мы повысим, например, численность рыбы в океане, то следом сама собой повысится численность тюленей, которые ею питаются. Однако сейчас всё чаще говорят о том, что более разумно и эффективно было бы стараться сохранять виды комплексно. Об этом, в частности, идёт речь в одной из недавних статей в «Nature Ecology & Evolution», авторы которой на математической модели показали, что, предпринимая меры по сохранению одновременно и хищника, и его добычи, можно добиться ускоренного увеличения численности и тех и других, нежели пытаться сохранять их по очереди.
Относительно восстанавливаемых вымерших видов это означает, что если мы берёмся воскресить какого-нибудь динозавра, то должны одновременно предоставить ему целый парк юрского периода с толпой родичей, чтобы ему было где жить, чем питаться и с кем размножаться. Хорошо, пусть не динозавр, пусть мамонт — но и мамонт вряд ли будет чувствовать себя как дома в нынешних экосистемах. Поэтому, думая о том, какой бы вид нам восстановить, лучше всего выбирать тот, который вымер недавно и для которого ещё остались экосистемы, куда он мог бы встроиться.
Наконец, по мнению ряда экологов из Австралии, Канады и Новой Зеландии, вместо того чтобы заниматься «воскрешением» вымерших видов, лучше направить свои усилия на тех, которые ещё не вымерли, но которым это определённо угрожает. В статье в «Nature Ecology & Evolution» Джозеф Беннетт (Josep Bennet) из Карлтонского университета (Канада) и его коллеги анализируют расходы, которые потребуются для того, чтобы поддержать воскрешённый вымерший вид в «живом» состоянии. Исследователи обсуждают сохранение именно вида, а не одной-двух-трёх особей; кроме того, в их расчётах нет расходов на молекулярно-биологические операции — авторы работы хотели оценить только экологическую стоимость. При этом они сравнивали близкие виды, то есть экологическую цену мамонта соотносили не с расходами на какую-нибудь белку, а с расходами на азиатского слона.
Деньги, которые разные страны расходуют на экологию, бывают либо государственными, либо частными. Тем не менее, вне зависимости от источника средств, лучше их тратить на то, что ещё не успело исчезнуть. По оценкам авторов работы, если средства, которые предполагается выделить на «воскрешённый» вид, направить на сохранение тех, кто ещё не вымер, то нам удастся сохранить в 2–8 раз больше видов. (Ещё раз напомним, что тут не учитываются средства на собственно «воскрешение», то есть на молекулярно-биологические, эмбриологические и прочие процедуры.) Устойчивость любой экосистемы напрямую зависит от биоразнообразия, то есть от того, много ли разных видов живых существ в ней обитают. Если учесть, что экосистемы взаимно переплетены и что это не только дикие леса и морские глубины, но и сельскохозяйственные территории, и города, то понятно, что чем больше биоразнообразие, тем лучше для нас самих.
Так что ответ на вопрос, нужно ли воскрешать вымершие виды, — нет, не нужно. Сейчас у экологов есть более насущные задачи, на которые стоило бы потратить наши пока что ограниченные ресурсы. Но если говорить не о виде, а об отдельной особи, то «воскрешательские» усилия продолжать определённо стоит, чтобы лучше разобраться в том, как устроены разнообразные геномы, как они эволюционировали и как «явная» эволюция, которую мы наблюдаем своими глазами в виде смены живых форм на Земле, связана с эволюцией «невидимой», происходящей на уровне молекул и клеток.
Подробнее см.: http://www.nkj.ru/archive/articles/31486/ (Наука и жизнь, Нужно ли воскрешать вымершие виды?)
Кирилл Стасевич
Сначала о том, как. У всякого биологического вида есть более или менее близкие эволюционные родственники. Близкородственные виды больше похожи друг на друга, чем дальние родичи. В таком случае мы можем скомбинировать генетический портрет вымершего вида из тех генов, которые остались у его непосредственных потомков и родственных видов, доживших до нашего времени. Здесь подойдут методы классической генетики, которые сводятся к тому, что мы скрещиваем животных, а потом анализируем признаки, попавшие в потомство, и отбираем среди потомства тех особей, которые более всего похожи на интересующий нас вымерший вид. Например, если попытаться вывести мамонтов из азиатских слонов, то нужно целенаправленно отбирать в каждом поколении наиболее волосатых особей (конечно, волосатость не единственный признак, отличающий слонов от мамонтов). Но в этом случае в геноме всё равно останутся существенные примеси современных видов и то, что мы получим, будет лишь версией вымершего животного, в той или иной степени близкой к оригиналу.
Молекулярная биология позволяет манипулировать генетическим материалом напрямую: можно выделить ДНК из останков того же мамонта, сравнить её с ДНК нынешних слонов и таким образом понять, что нужно сделать со слонами, чтобы они стали мамонтами. Дальше в дело вступают методы генной инженерии: отредактировав в геноме слона нужные гены, мы получим кого-то очень и очень похожего на мамонта. Генная инженерия позволяет выполнить ту же задачу быстрее, чем скрещивания, и результат должен получиться намного более убедительным.
Редактирование вовсе не обязательно подразумевает масштабную перестройку генома. Например, если вспомнить про другой вымерший вид — странствующего голубя, которого полностью истребили к началу XX века, то его геном на 97% неотличим от генома ближайшего родственника — полосатохвостого голубя, благополучно здравствующего по сей день. То есть ДНК обоих голубей отличается всего на 3%, и среди этих 3% есть несколько тысяч мутаций, определяющих различия между видами. А уже из нескольких тысяч можно выделить несколько десятков действительно ключевых генетических особенностей, которые делают странствующего голубя — странствующим голубем, а полосатохвостого голубя — полосатохвостым. И, собираясь реконструировать вымерший вид, нужно только понять, какие мутации считать истинно необходимыми.
Джордж Чёрч и его команда «мамонтовоскрешателей» утверждают, что им удалось внести в геном азиатского слона (ближайшего эволюционного родственника шерстистого мамонта) уже целых сорок пять мамонтовых модификаций, часть из которых должна снабдить слона мамонтовой шерстью и толстым жировым слоем. Впрочем, только лишь этими сорока пятью вопрос не исчерпывается: в слоновью ДНК нужно будет ввести ещё ряд мамонтовых особенностей, после чего проверить, как такой гибридный геном ведёт себя в клетках, не конфликтуют ли модифицированные и немодифицированные гены друг с другом. Исследователи рассчитывают, что всё это им удастся сделать за два года. Однако не стоит ждать к 2019—2020 годам готового мамонта. Всё, что сделали Чёрч и его команда, они сделали пока только на молекулах ДНК. Потом нужно будет проделать генетическое редактирование со слоновьим эмбрионом, пересадить его суррогатной матери и надеяться, что его развитие пройдёт благополучно. Учитывая, что при таких манипуляциях много эмбрионов гибнет, трудно поверить, что до дела тут вообще дойдёт: азиатский слон причислен к вымирающим видам, и вряд ли можно будет заполучить достаточное число его эмбрионов для молекулярно-клеточных экспериментов.
Но представим, что все технические сложности удалось преодолеть: мы спокойно вносим в геном любые изменения и в любом количестве и недостатка в биологическом материале у нас нет. И вот тут возникают трудности более высокого порядка, эволюционного и экологического. Во-первых, один восставший из небытия мамонт — это ещё не вид, это всего лишь одна особь. Чтобы воскресить целый вид, нужно много мамонтов, они должны жить сами и сами размножаться. Теперь вспомним одно из основных правил эволюции: популяция вида должна обладать довольно широким генетическим разнообразием. Живые существа обитают в весьма изменчивой среде, а то, насколько они к ней приспособлены, зависит от генов. Резкие изменения в окружающей среде для отдельной особи могут закончиться плохо, в целом же популяция выживет, потому что среди её членов найдутся такие, чьи варианты генов позволяют выжить в новых обстоятельствах.
Хотя может быть и так, что не найдутся. Если вся популяция состоит из особей с очень-очень похожими вариантами генов, а среда вокруг очень-очень изменчивая, то ничего хорошего ждать не приходится. Жизнеспособная популяция должна включать в себя сотни и тысячи особей с индивидуальными генетическими наборами, и только тогда, когда у нас будет такая популяция (а ещё лучше — несколько), мы сможем говорить о «воскрешённом» виде.
Это во-первых, а во-вторых — куда именно мы собираемся воскрешать выбранный вид? Ведь некогда он существовал в определённой экосистеме и был связан с другими видами, которые его окружали в те времена. Сейчас уже все понимают, что нельзя заниматься каким-то видом, взятым отдельно от других. Если отвлечься от мамонтов и вспомнить про современных животных, которым грозит исчезновение, то раньше экологи именно так и пытались их сохранять — последовательно и чаще всего начиная с тех, кто занимает более низкие ступени пищевой пирамиды. Тут есть свой резон: кажется очевидным, что если мы повысим, например, численность рыбы в океане, то следом сама собой повысится численность тюленей, которые ею питаются. Однако сейчас всё чаще говорят о том, что более разумно и эффективно было бы стараться сохранять виды комплексно. Об этом, в частности, идёт речь в одной из недавних статей в «Nature Ecology & Evolution», авторы которой на математической модели показали, что, предпринимая меры по сохранению одновременно и хищника, и его добычи, можно добиться ускоренного увеличения численности и тех и других, нежели пытаться сохранять их по очереди.
Относительно восстанавливаемых вымерших видов это означает, что если мы берёмся воскресить какого-нибудь динозавра, то должны одновременно предоставить ему целый парк юрского периода с толпой родичей, чтобы ему было где жить, чем питаться и с кем размножаться. Хорошо, пусть не динозавр, пусть мамонт — но и мамонт вряд ли будет чувствовать себя как дома в нынешних экосистемах. Поэтому, думая о том, какой бы вид нам восстановить, лучше всего выбирать тот, который вымер недавно и для которого ещё остались экосистемы, куда он мог бы встроиться.
Наконец, по мнению ряда экологов из Австралии, Канады и Новой Зеландии, вместо того чтобы заниматься «воскрешением» вымерших видов, лучше направить свои усилия на тех, которые ещё не вымерли, но которым это определённо угрожает. В статье в «Nature Ecology & Evolution» Джозеф Беннетт (Josep Bennet) из Карлтонского университета (Канада) и его коллеги анализируют расходы, которые потребуются для того, чтобы поддержать воскрешённый вымерший вид в «живом» состоянии. Исследователи обсуждают сохранение именно вида, а не одной-двух-трёх особей; кроме того, в их расчётах нет расходов на молекулярно-биологические операции — авторы работы хотели оценить только экологическую стоимость. При этом они сравнивали близкие виды, то есть экологическую цену мамонта соотносили не с расходами на какую-нибудь белку, а с расходами на азиатского слона.
Деньги, которые разные страны расходуют на экологию, бывают либо государственными, либо частными. Тем не менее, вне зависимости от источника средств, лучше их тратить на то, что ещё не успело исчезнуть. По оценкам авторов работы, если средства, которые предполагается выделить на «воскрешённый» вид, направить на сохранение тех, кто ещё не вымер, то нам удастся сохранить в 2–8 раз больше видов. (Ещё раз напомним, что тут не учитываются средства на собственно «воскрешение», то есть на молекулярно-биологические, эмбриологические и прочие процедуры.) Устойчивость любой экосистемы напрямую зависит от биоразнообразия, то есть от того, много ли разных видов живых существ в ней обитают. Если учесть, что экосистемы взаимно переплетены и что это не только дикие леса и морские глубины, но и сельскохозяйственные территории, и города, то понятно, что чем больше биоразнообразие, тем лучше для нас самих.
Так что ответ на вопрос, нужно ли воскрешать вымершие виды, — нет, не нужно. Сейчас у экологов есть более насущные задачи, на которые стоило бы потратить наши пока что ограниченные ресурсы. Но если говорить не о виде, а об отдельной особи, то «воскрешательские» усилия продолжать определённо стоит, чтобы лучше разобраться в том, как устроены разнообразные геномы, как они эволюционировали и как «явная» эволюция, которую мы наблюдаем своими глазами в виде смены живых форм на Земле, связана с эволюцией «невидимой», происходящей на уровне молекул и клеток.
Подробнее см.: http://www.nkj.ru/archive/articles/31486/ (Наука и жизнь, Нужно ли воскрешать вымершие виды?)
Кирилл Стасевич
