Книга: Наука воскрешения видов. Как клонировать мамонта

Как принять решение о возрождении вида: краткое руководство

<<< Назад
Вперед >>>

Как принять решение о возрождении вида: краткое руководство

Приведенные выше три примера иллюстрируют, насколько я понимаю, общий принцип выбора кандидата на возрождение среди вымерших видов. Большинство людей чувствуют себя неуютно при мысли об этом. Но если попросить человека выбрать одного подходящего кандидата на возрождение, практически каждый выберет животное, вымершее из-за людей. Китайский речной дельфин вымер, потому что мы разрушили его естественную среду обитания. Моа вымерли из-за того, что их истребили охотники. Дронты вымерли после того, как мы завезли на Маврикий котов, крыс и свиней и они съели все яйца этих птиц, которые только смогли найти. Если бы не люди, все перечисленные виды могли бы жить до сих пор.

Помимо причины, которая привела к вымиранию, есть и другие факторы, делающие идею возрождения какого-либо вида более или менее привлекательной в глазах людей. Пожалуй, никого не удивит, что большинство предпочло бы воскресить травоядное, нежели хищника. Менее очевидно, что крупные виды выбирают чаще, нежели мелкие, потому что крупные виды, ну, крупнее. Кроме того, большинство людей предпочитают животных растениям, грибам и другим живым существам.

Крайне важно, чтобы мы принимали решение о том, какой вид восстанавливать, основываясь на имеющейся у нас информации, а не на эмоциях. Для разных видов потребуются разные технические нововведения, разный объем практической работы и разные природные условия. Одни виды определенно будет проще возродить, чем другие. С какими-то видами будет довольно просто работать на первых этапах восстановления, к примеру, мы без труда секвенируем их геном, однако на более поздней стадии могут возникнуть непреодолимые трудности, например, с поиском подходящей среды обитания. Когда мы решаем, какой вид будет хорошим кандидатом на восстановление, у нас возникает соблазн сосредоточиться только на тех шагах, которые приведут к появлению новой особи возрожденного вида, и не обращать внимания на последующие стадии – выращивание этой особи и ее реинтродукцию в дикую природу. Но это неразумно, осмелюсь даже сказать – нечестно – начинать этот первый этап, не проанализировав предварительно весь процесс, от оплодотворенной яйцеклетки до популяции, живущей на свободе. Какой, в конце концов, смысл в возвращении вида животных из мертвых, если мы не собираемся восстанавливать их популяцию в дикой природе?

Чтобы упростить процесс выбора кандидата на возрождение, я предлагаю вашему вниманию семь вопросов, на которые нужно будет ответить. Эти вопросы делятся на две большие категории. Первая группа касается поиска места для возрожденного вида в пределах его экосистемы. Как он взаимодействовал с другими видами, как влиял на них в пору своей жизни и как это взаимодействие может измениться в наши дни? Вторая группа вопросов касается тонкостей научной стороны проблемы. Будет ли возрождение вида (или, по меньшей мере, отдельных специфических черт, определяющих этот вид) практически осуществимо, учитывая текущее состояние наших технологий и перспективы их развития в будущем? Пока что я сосредоточусь на технических аспектах восстановления вымерших видов, а не на этических вопросах, которые, несомненно, тоже будут возникать в процессе. Разумеется, эти вопросы не охватывают все аспекты, и не каждый вопрос применим к каждому виду. Однако они дают нам возможность подумать, к чему приведет восстановление вымерших видов и как избежать некоторых потенциальных катастроф.

Существует ли веская причина для восстановления вымерших видов?

Возможно (и я надеюсь на это), первый вопрос, который приходит в голову большинству людей, когда они задумываются о возрождении вымерших видов, – это «почему?». Почему этот вид? Почему сейчас? Почему здесь? Как я уже указывала ранее, большинство людей выступают в поддержку видов, которые исчезли из-за человека. Возвращение этих видов каким-то образом должно смягчить наше чувство вины. Но смягчение чувства вины – это недостаточно убедительная причина для возвращения к жизни кого бы то ни было. Я могу испытывать некоторую вину за действия своих предков-индейцев, вероятно, поучаствовавших в охоте на короткомордых медведей, и за поступки своих европейских предков, скорее всего, приложивших руку к исчезновению неандертальцев. Но это не значит, что я хочу вернуть к жизни короткомордых медведей и неандертальцев. На самом деле, в обоих этих случаях возрождать вымерший вид, чтобы смягчить чувство вины, кажется невероятно эгоистичным: каково было бы жить его представителям в современном мире?[2]

Веские причины для возвращения видов к жизни скорее имеют отношение к самим этим видам и той роли, которую они могут играть в современной окружающей среде. К примеру, если биологический вид заполнял важную нишу в своей экосистеме, то его потеря, вероятно, приведет к хаотической дестабилизации этой экосистемы. Возвращение такого вида к жизни может восстановить утерянные взаимодействия между видами и вернуть экосистеме стабильность, что, в свою очередь, убережет другие виды от вымирания. Кенгуровые прыгуны, упомянутые мной ранее, – хороший пример такого ключевого вида, играющего важную стабилизирующую роль в своей экосистеме. То же можно сказать о каскадском горном волке – еще один вид, предложенный студентом моей группы. Важно, что оба этих вида вымерли совсем недавно и экосистемы, в которых они жили, могли еще не успеть адаптироваться к их потере.

Чтобы понять, какую роль могли играть каскадские горные волки в поддержании экологического баланса, рассмотрим процессы, которые протекали в Йеллоустоунском национальном парке последние 20 лет. Когда волков реинтродуцировали туда в 1995 году, многие были уверены, что это приведет к катастрофе. Опасения вызывало, что волки – хищники и, следовательно, будут охотиться на стада местных фермеров. Последних это сильно обеспокоило, поскольку они зависят от своего домашнего скота. Но основной источник питания волков – местные дикие звери, в частности лоси. К 2006 году популяция лосей в Йеллоустоунском национальном парке стала на 50 % меньше, чем к моменту возвращения волков в парк. Теперь лоси уже не уничтожали массово побеги и молодые деревья, растущие по краям лугов и на дне долин, и древесных растений в парке становилось все больше. Благодаря увеличению числа деревьев появляется больше разнообразных жилищ для мелких млекопитающих, и их популяции также начинают восстанавливаться. Волки также вытесняют койотов, популяции которых существенно увеличились после исчезновения волков из парка. Уменьшение числа койотов пошло на пользу животным, которыми они любят питаться, – лисицам, вилорогам и овцам.

Разумеется, волки – это хищники. Они будут охотиться на домашний скот, если им представится такая возможность. Но очевидно, что возвращение волков в Йеллоустоунский национальный парк сыграло ключевую роль в стабилизации его экосистемы.

Каскадский горный волк представляет собой подвид обыкновенного волка, живший в горах штатов Вашингтон, Орегон и провинции Британская Колумбия примерно до 1940 года. Судя по положительным результатам реинтродукции волков в Йеллоустоунский национальный парк, существуют убедительные экологические причины возродить этот вид и вернуть его в естественный ареал обитания.

В случае каскадского горного волка появляется еще одна любопытная проблема. Этот волк был подвидом обыкновенного волка, а не отдельным видом. Следовательно, возникает вопрос: допустимо ли выбирать для восстановления вымерший подвид?

Прежде чем попытаться ответить на него, я должна вначале объяснить различие между подвидом, видом и популяцией. С точки зрения биологии популяция – это группа особей одного вида, живущих вместе на определенной территории. Эти особи скрещиваются между собой, соревнуются за природные ресурсы и делят одно и то же пространство. Вид обычно определяют как эволюционную линию, репродуктивно изолированную от всех остальных эволюционных линий. Особи одного вида могут перемещаться между популяциями, и это особо не повлияет на вероятность их встречи с половым партнером и размножения. Особи, принадлежащие к разным видам, спариваться не могут. Или же могут, но их потомство либо не доживает до зрелого возраста, либо само по себе бесплодно.

Эта основанная на репродуктивной изоляции концепция, известная как биологическая концепция вида, была сформулирована Эрнстом Майром в 1942 году. Но оказалось, что у нее есть некоторые недостатки. В частности, некоторые линии из тех, что мы уверенно можем назвать отдельными видами, не являются строго изолированными с репродуктивной точки зрения. К примеру, белые и бурые медведи считаются двумя разными видами. Однако детеныши, рождающиеся от скрещивания бурых медведей с белыми, выживают, находят себе пару и производят на свет потомство. Собаки, волки и койоты часто скрещиваются между собой. Домашние быки, бизоны и яки также могут скрещиваться и иметь фертильное потомство. А благодаря древней ДНК, извлеченной из костей неандертальцев, мы узнали, что представители нашего вида могли скрещиваться с неандертальцами (и делали это), и, как следствие этой гибридизации, у всех ныне живущих людей европейского и азиатского происхождения есть гены неандертальцев.

Почему же биологи продолжают придерживаться этой сбивающей с толку системы? Люди склонны распределять все вокруг по категориям. Когда мы видим хаос, нам хочется преобразовать его во что-то упорядоченное, чтобы выявить какой-то смысл. Разумеется, в эволюции нет абсолютных понятий. Животное не рождается однажды представителем совершенно нового вида, неспособного скрещиваться с представителями вида своих родителей. Видообразование – долгий процесс, в основе которого лежит множество генетических и поведенческих изменений. Популяции становятся географически изолированными друг от друга и эволюционируют в разных, независимых направлениях. Наконец, накапливается достаточно изменений, чтобы отдельные особи утратили способность скрещиваться с особями из другой популяции. Как мы видим на примере белых и бурых медведей, а также людей и неандертальцев, то, что с точки зрения здравого смысла можно назвать видовыми различиями, иногда развивается до того, как две линии становятся полностью репродуктивно изолированными друг от друга.

Чтобы навести порядок в том хаосе, который представляет собой биология, Карл Линней, шведский биолог и врач XVIII столетия, разработал систему таксонов для описания и упорядочивания всех форм жизни. Эта система содержит иерархическую классификацию всего на свете, в зависимости от его отношения ко всему остальному. Наибольшие категории подразделяют организмы на царства: животные, растения, грибы, протисты, эубактерии и археи (хотя последние два иногда объединяют в одно царство, дробянки). Волки, койоты, медведи, змеи и кролики – это животные, следовательно, они относятся к царству животных. Волки, койоты, медведи и кролики являются млекопитающими (класс млекопитающие). Волки, койоты и медведи – хищники (отряд хищные). Волки и койоты – псовые (семейство псовые). И те и другие относятся к роду «волки», но собственно волки – это Canis lupus, а койоты – это Canis latrans, где lupus и latrans — официальные латинские названия двух разных видов.

Далее все становится более запутанным. Иногда виды делят на подвиды. Но это скользкое определение. Одни систематики могут считать популяцию, которая кажется особенно сильно изолированной от прочих популяций, подвидом, в то время как другие специалисты могут решить, что эта популяция недостаточно изолирована, чтобы присудить ей такой статус. В отличие от определений вида, нет никаких четких правил, согласно которым мы можем решить, существует подвид или нет.

Какое отношение все это имеет к восстановлению вымерших видов? Огромное. Если подвид не что-то реально существующее, если это просто слегка отличающаяся версия вида, который далек от вымирания, следует ли нам тратить время и силы на его восстановление?

Иногда подвиды разделяют по географическому признаку. Это означает, что хотя у двух подвидов может не быть физических или генетических преград к скрещиванию, иногда они просто живут слишком далеко друг от друга. К примеру, маловероятно, чтобы иберийский волк завел общее потомство с мексиканским волком. Без скрещивания в этих двух популяциях накапливаются генетические отличия, благодаря которым они выглядят и ведут себя по-разному. Однако, несомненно, и те и другие являются волками. Итак, если мексиканские или иберийские волки вымрут, будет ли оправданно их возрождение?

Представим себе гипотетический сценарий, где существует два подвида, очень важных для своих экосистем (такие виды называются ключевыми), и один из них вымирает, дестабилизируя экосистему, в которой жил. Эти два подвида очень близки. На самом деле их отличает друг от друга только то, что они жили в разных местах и имеют небольшие морфологические особенности, скажем, немного разную форму ушей. Для того чтобы вернуть экосистеме стабильность, мы хотим реинтродуцировать в нее вымерший ключевой вид. Что будет лучше – возродить его с помощью науки или завезти в эту экосистему близких родственников вымершего подвида? Другими словами, насколько сильно вымершая линия должна отличаться от ныне живущих, чтобы ее возрождение было оправданно?

С технической точки зрения восстановить подвид, подобный каскадскому горному волку, намного проще, чем отдельный вид. Как я расскажу далее, сборка генома вымершего организма может быть чрезвычайно сложной, и для нее требуется использование «направляющего» генома, чтобы наложить на него короткие поврежденные участки ДНК. Геном каскадского горного волка можно собрать на основе генома обыкновенного волка, что существенно упростит этот процесс. Эмбрионы каскадского горного волка можно имплантировать самке обыкновенного волка, а стая обыкновенных волков сумеет воспитать родившихся волчат. Как следствие, возникает вопрос, чем будут отличаться предполагаемые возрожденные каскадские горные волки от волков подвида, в котором они родились? Не разумнее ли просто заселить Каскадские горы другим подвидом волков?

В то время как некоторые виды или подвиды кажутся слишком похожими на живущие ныне, чтобы их возрождение было оправданно, другие вымершие виды не имеют близких эволюционных родственников. Это аргумент как за их возрождение, поскольку оно в большей степени восстановит эволюционную новизну, так и против, поскольку это будет намного более затратно.

К примеру, моа относились к отряду моаобразные, или Dinornithiforme, подразделявшемуся на три семейства, ни одного из которых на сегодня не осталось. Ближайший живущий родственник моа – это тинаму, их последний общий предок обитал на Земле около 50 миллионов лет назад. Птицы моа прошли длинный путь независимой эволюции, и их возрождение вернуло бы в наш мир множество уникальных черт. Но отсутствие близких родственников делает чрезвычайно трудной сборку точного генома из поврежденных фрагментов ДНК, полученных из костей моа. В этом случае расхождение «направляющего» генома с древним геномом моа составит более 100 миллионов лет (эволюционная дистанция до ближайшего общего предка, умноженная на два). Так будет с любым вымершим видом, у которого нет близких родственников среди живущих видов. Для таких животных будет очень трудно подыскать подходящую суррогатную мать или яйца, в которых смогут развиться эмбрионы. У нас также практически не будет возможности узнать, каким должно быть естественное поведение этих животных, как должны заботиться о детенышах взрослые особи или как имитировать эту заботу и другие важные социальные взаимодействия. В некотором смысле эти животные могут слишком сильно отличаться от всех живущих ныне видов, чтобы мы сумели успешно их возродить.

Идеальный кандидат на возвращение должен иметь как достаточно близких родственников среди живущих видов, чтобы его возрождение можно было реализовать, так и уникальные черты или адаптационные свойства к определенной среде обитания. Например, оранжевая жаба, которую в последний раз видели во влажных тропических лесах Коста-Рики в 1989 году. Она обладала настолько необычным ярко-оранжевым окрасом, что Джей Сэвидж, описавший ее герпетолог, не мог поверить, что она настоящая, что это не какой-то фокус. Оранжевая жаба была крошечной (взрослые самцы достигали в длину чуть более 5 сантиметров), и ее можно назвать хорошим кандидатом на возрождение. Она относится к роду жабы (Bufo), включающему множество разнообразных видов, а значит, имеет большое количество живущих родственников. Однако среди всего этого разнообразия жаб только она одна могла похвастаться таким эффектным оранжевым цветом. Что, если бы белкам, отвечающим за этот оранжевый цвет, нашлось бы какое-то неизвестное применение в медицине или они имели бы психоактивные свойства? Нам не узнать, так ли это, пока кто-нибудь не лизнет оранжевую жабу, а для этого сначала нужно вернуть ее к жизни.

Наконец, идеальным кандидатом на возрождение будет вид, который вымер совсем недавно. Экосистемы постоянно находятся в движении. На них влияют как абиотические факторы, к примеру количество осадков или минимальная температура зимой, так и биотические, включая вымирание и появление новых видов. Когда вид вымирает, экосистема, в которой он жил, адаптируется к его исчезновению. Если вымирание произошло много тысяч, а то и всего несколько сотен лет назад, реинтродукция этого вида может привести к дестабилизации того равновесия, которого достигла экосистема за это время. Это не означает, что допустимо возрождать только виды, вымершие недавно. Разумеется, роль, которую некоторые животные (к примеру, крупные травоядные) играли в древних экосистемах, была настолько велика, что пустота, оставшаяся после их исчезновения, так ничем и не заполнилась. Как я расскажу далее, благодаря тщательной оценке относительных рисков и преимуществ восстановления таких видов мы можем прийти к выводу, что их также нужно возродить – поскольку они способны благотворно повлиять на современную окружающую среду.

Почему они вымерли?

Люди склонны больше интересоваться возрождением видов, вымерших из-за влияния человека. Так что вопрос «Почему они вымерли?» как будто звучит глуповато. Но на самом деле он вовсе не глупый. Люди отличаются завидной изобретательностью в том, что касается истребления живого.


Рис. 3. Мигрирующая стая странствующих голубей. Рисунок из журнала The Illustrated Sporting and Dramatic News, 3 июля 1875 года. © The Archives and Manuscripts Department, John B. Cade Library, Southern University and A&M College

Множество видов мы уничтожили просто грубой силой. В XIX веке мы поймали и убили миллиарды странствующих голубей, что в конечном итоге привело к их вымиранию (рис. 3). Когда европейцы прибыли в Северную Америку, странствующие голуби составляли, как считалось, 25–40 % всех птиц на востоке Соединенных Штатов. В 1866 году была описана стая странствующих голубей, насчитывающая более 3,5 миллиарда особей, – они пролетали над Огайо в течение более 14 часов. А 1 сентября 1914 года, в час дня, в зоопарке Цинциннати умерла последняя самка странствующего голубя по имени Марта (ил. 1[3]).

Вымирание животных вследствие чрезмерной охоты – привычное явление в нашей истории, с которым мы все еще пытаемся бороться. Стеллерова корова (рис. 4) была огромным (девять метров в длину и до десяти тонн весом) морским млекопитающим, ее ближайший живущий родственник – дюгонь. Когда-то стеллеровы коровы водились в изобилии в северной части Тихого океана, но в XVIII веке люди истребили их, вскоре после того как впервые обнаружили. Избыточная охота также привела к исчезновению бескрылой гагарки, привлекавшей людей своим жиром, перьями и мясом. Сегодня мы продолжаем чрезмерно эксплуатировать виды, от которых зависим. В докладе «Состояния мирового рыболовства и аквакультуры» за 2012 год говорится о том, что 30 % рыбохозяйственных организаций превышают нормы рыбной ловли, и для того, чтобы они смогли работать и дальше, нужен строгий контроль над этими предприятиями.

Но мы уничтожаем животных не только грубой силой. Непрямое воздействие роста человеческой популяции – превращение естественной среды обитания животных в мегаполисы, города и сельскохозяйственные угодья, вырубка лесов, ведение монокультурного хозяйства, а также строительство дорог и автомагистралей, соединяющих все эти объекты, – изменяет естественную среду обитания животных, разрушая и дестабилизируя экосистемы, что приводит к вымиранию видов. Птицы особенно восприимчивы к разрушению их среды обитания. Одна только постепенная вырубка лесов ради освобождения пространства для людей и их посевов на островах Тихого океана привела к исчезновению тысяч видов птиц. Именно из-за разрушения естественной среды обитания обрели свой охранный статус более половины видов птиц, находящихся под угрозой исчезновения.


Рис. 4. Стеллерова (морская) корова, Hydrodamalis gigas. Иллюстрация Дж. Ф. Брандта, 1846 год. Это изображение было опубликовано в книге Э. Р. Ланкестера «Вымершие животные» (Extinct Animals, London: A. Constable, 1905)

Кроме того, мы путешествуем по миру и привозим кое-что с собой, как специально, так и по случайности. Мы интродуцируем паразитов, хищников и соперников в экосистемы, где они ранее не жили, что приводит к вымиранию видов. Птицы, живущие на островах, опять-таки, особенно чувствительны к новым хищникам, особенно крысам, кошкам и змеям – «экспертам» в обнаружении и поедании яиц. Именно крысы и кошки привели к вымиранию таитянского песочника и улиетанского какарики на Островах Общества, маврикийского дронта и дронта-отшельника, реюньонского розового голубя, родригесского скворца и рыжего маврикийского пастушка на Маскаренских островах, а также улиетанского какарики, белокрылого песочника и помареи с острова Маупити (Pomarea pomarea), обитавших во Французской Полинезии, и это только несколько примеров. Помимо хищников люди завозили в эти новые места болезни, передававшиеся от домашних животных диким и также приводившие к вымиранию видов.

Кроме того, мы загрязняем мир вокруг нас промышленными и сельскохозяйственными отходами. Китайский речной дельфин – это пример того, как загрязнение в сочетании с разрушением естественной среды обитания может привести к исчезновению вида. Не так давно признали вымершим видом мадейрскую капустницу, исчезновение которой связывают с разрушением ее среды обитания и загрязнением почвы удобрениями.

В некоторых случаях, даже когда ясно, что именно люди виновны в исчезновении какого-либо вида, все же очень трудно определить, каковы были непосредственные причины. Если причина первоначального вымирания вида до конца не ясна, откуда нам знать, что он вскоре не исчезнет снова? Аналогичным образом, определенные виды, непосредственные причины вымирания которых нам известны, будут плохими кандидатами на возрождение. К примеру, несмотря на привлекательность идеи восстановления дронтов с эмоциональной точки зрения, если мы возродим этих птиц и вернем обратно на Маврикий, их яйца вскоре будут с жадностью съедены огромными популяциями крыс и кошек, в изобилии расплодившихся на острове в наши дни.

Мы его вернули, а где он будет жить?

Если мы знаем, из-за чего в первый раз вымер вид, который мы рассматриваем в качестве кандидатуры на возрождение, сможем ли мы устранить причину его вымирания? В случае дронтов нам пришлось бы создать на Маврикии зону, свободную от крыс и кошек, в которую можно было бы поместить возрожденных птиц. Если этого нельзя будет сделать, потому что не найдется подходящего участка или не удастся оградить его от кошек и крыс, значит, дронты – плохой кандидат на возрождение.

Потеря подходящей среды обитания – вследствие вырубки лесов, застройки, загрязнения или появления паразитов и хищников – это, судя по всему, самая распространенная причина вымираний, в которых опосредованно виноват человек (если считать прямым воздействием человека только избыточную охоту и рыбную ловлю). Но все же на планете с каждым днем становится все больше и больше людей, а это значит, что мы занимаем все больше и больше пространства и требуем все больше и больше еды, что приводит ко все ускоряющемуся и все более разрушительному превращению естественной среды обитания животных в землю, используемую человеком для его нужд. Следовательно, любые усилия, направленные на восстановление вымерших видов, столкнутся с серьезной проблемой: как найти подходящую среду обитания для возрожденных животных? Подходящая среда обитания должна:

1) содержать пищу (растения или других животных), необходимую для поддержания восстановленной популяции;

2) не содержать хищников или соперничающие виды (включая инвазивные), которые могут привести к повторному вымиранию восстановленного вида (но одновременно в экосистеме должно остаться достаточное количество хищников, чтобы не дестабилизировать пищевую сеть);

3) не содержать паразитов, возбудителей заболеваний и загрязняющих веществ;

4) быть как можно ближе естественной среде обитания этого вида по температурному режиму и режиму осадков;

5) быть достаточно большой, чтобы популяция смогла поддерживать свою численность самостоятельно.

Что интересно, весь этот процесс будет намного проще организовать для видов, которые вымерли непосредственно из-за чрезмерной охоты на них, поскольку их среда обитания вполне может все еще существовать. Разумеется, для их выживания необходимо, чтобы люди не истребили их во второй раз. Подобно экзотическим видам, живущим сейчас, возрожденные виды нужно будет защитить от браконьеров, становящихся все более изобретательными и опасными, и для этого нам понадобятся законы и акты, соблюдения которых во многих случаях будет трудно добиться.

Как возвращение вымерших видов повлияет на существующие экосистемы?

Вымирание вида изменяет экосистему, в которой он жил. С течением времени она снова стабилизируется, и экологическая ниша, которую занимал вымерший вид, либо заполняется другим видом, либо исчезает. Чем больше времени прошло с момента исчезновения вида, тем более вероятно, что экосистема уже адаптировалась к его отсутствию. Итак, когда мы вернем вид в экосистему, как это повлияет на виды, обитающие в ней сейчас?

Во времена, когда огромные стаи странствующих голубей заполняли небеса Северной Америки, ее ландшафт был не таким, как сейчас. Большую территорию занимали широколиственные леса, а американские каштаны встречались в изобилии, в отличие от людей. Странствующие голуби были господствующей и разрушительной силой на просторах восточных широколиственных лесов. Они питались преимущественно крупными семенами: желудями дубов, орехами пекана и бука, плодами каштана. Стая, состоящая из миллиардов голодных странствующих голубей, могла за очень короткий срок съесть весь урожай семян в лесу. Они гнездились по несколько сотен птиц в одной кроне, а когда покидали гнезда, то зачастую оставляли после себя мертвые деревья, покрытые пометом. Когда они вымерли, этот пернатый неудержимый смерч категории EF5 с криком (или клекотом?) утих. С тех пор люди превратили многие исторические широколиственные леса в города, мегаполисы и пахотные земли.

Чем бы сегодня питалась стая, состоящая из миллиарда странствующих голубей? Какое влияние возрождение этих птиц оказало бы на остатки широколиственных лесов? На сельское хозяйство? На другие виды птиц и животных, живущих сейчас, с которыми восстановленные странствующие голуби стали бы соперничать за доступ к воде и гнездовьям?

Вполне возможно, что дестабилизирующее воздействие некоторых возрожденных видов на современные экосистемы будет минимальным. Однако нам потребуется тщательно оценить последствия возвращения восстановленного вида в дикую природу, и не только с точки зрения его выживания. Если возрождение вида приведет к изменениям в существующей среде обитания, которое в свою очередь поставит под угрозу выживание существующих видов, значит, выбор неудачный.

Наконец, как бы цинично это ни прозвучало, было бы недальновидно не подумать о том, как восстановление вымершего вида повлияет на человеческие популяции. К примеру, мало кто из жителей Восточного побережья США обрадуется, увидев в небе тучу из миллиарда странствующих голубей, пролетающую прямо над их недавно подстриженными лужайками и свежеотполированными автомобилями. Но возрождение странствующих голубей будет иметь и менее очевидные неприятные последствия, которые, вероятно, не прибавят проекту популярности. Если закон будет защищать этих птиц как вид, находящийся под угрозой исчезновения, люди, увлекающиеся охотой на голубей, могут столкнуться с новыми ограничениями, касающимися того, когда и где можно на них охотиться, или даже того, можно ли на них охотиться вообще. Ведь может быть непросто отличить восстановленного странствующего голубя от обычных голубей, на которых разрешено охотиться без ограничений. К тому же миллиарду странствующих голубей, вероятно, понадобится довольно много заповедной территории, которую придется где-то взять и приспособить под эту цель.

Разумеется, эти проблемы касаются не только странствующих голубей. Чтобы предотвратить повторное вымирание восстановленных видов, придется установить новые стандарты, из-за которых уголки дикой природы, ранее доступные для посещений, к большой досаде охотников, туристов и т. д. окажутся под запретом. Фермеры вряд ли поддержат восстановление видов, подобных каролинскому попугаю, истребленному во многом из-за вреда, который он наносил сельскому хозяйству. А хозяева ранчо, уже недовольные возвращением волков, вряд ли обрадуются мысли о саблезубых кошках, свободно разгуливающих поблизости от их скота в поисках ужина.

Другие виды вызывают куда меньше возражений с точки зрения того, насколько их соседство помешает человеку. Мамонт, к примеру, наверняка досаждал бы людям меньше других видов в списке кандидатов на восстановление. В конце концов, наиболее подходящая для мамонта среда обитания – это Арктика, где человеческие популяции достаточно малы и изолированны.

Сергей Афанасьевич Зимов, директор Северо-Восточной научной станции Российской академии наук в поселке Черский, намеревается воссоздать природную среду обитания мамонтов, чтобы им было где жить, после того как их успешно возродят. Его Плейстоценовый парк представляет собой природный заказник на реке Колыма, к югу от научной станции в поселке Черский, на северо-востоке Сибири. Плейстоценовый парк расположен в наиболее северной части территории, в прошлом представлявшей собой мамонтовую степь, богатую травянистой растительностью и бывшую основным источником пищи мамонтов и других пасущихся травоядных во время ледниковых периодов плейстоцена (ил. 2). Зимов уже завез в свой Плейстоценовый парк лошадей с Урала, зубров из Восточной Европы и четыре различных вида оленей: их популяции чувствуют себя хорошо и успешно поддерживают себя. Не так давно Зимов решил расширить свою деятельность и организовать второй Плейстоценовый парк поближе к югу, так как менее суровый климат лучше подходит для поддержки больших популяций травоядных. Этот второй парк, называемый южным филиалом Плейстоценового парка, расположен в Тульской области, приблизительно в 250 километрах на юг от Москвы. Со временем Зимов планирует завезти в этот парк бизонов, зубров, лошадей, волков и больших кошек. В Южный Плейстоценовый парк, в отличие от Плейстоценового парка на северо-востоке Сибири, легко попасть на автомобиле из Москвы. Оба эти заказника, вероятно, смогут стать подходящей средой обитания для мамонтов, где будут воссозданы сообщества животных, жившие на Земле более 10 тысяч лет назад, и где они смогут продолжать существовать, не мешая людям и не страдая из-за них.

Получится ли у нас секвенировать геном вымершего вида?

Задавая этот вопрос, мы перемещаемся от общей картины к более тонким деталям восстановления вымерших видов. Другими словами, теперь мы спрашиваем, возможно ли возрождение этого вида с точки зрения имеющихся технологий или технологий, которые появятся у нас в ближайшем будущем. Я разберу оба этих вопроса детальнее в следующих главах, так что здесь мы коснемся их лишь в общих чертах.

Первый практический шаг к восстановлению вымершего вида заключается в определении его геномной последовательности (секвенировании генома). Ну, вернее, не только. На самом деле мы хотим узнать, каковы ключевые генетические отличия между вымершим видом и его ближайшим живущим родственным видом. Позже я объясню в подробностях, что это значит, но пока ограничимся вопросом: можем ли мы секвенировать все нуклеотиды в геноме вымершего вида, а затем сложить их обратно по кусочкам, чтобы определить нуклеотидную последовательность этого генома?

Для начала немного терминологии. Геном – большая структура, но молекулы, из которых он состоит, имеют маленькие размеры (рис. 5). Геном строится из хромосом, которые в свою очередь состоят из длинных нитей нуклеотидов — строительных блоков ДНК. Каждый нуклеотид содержит азотистое основание, пятиуглеродный сахар и фосфатную группу.


Рис. 5. Структура ДНК. Молекула ДНК состоит из четырех химических «кирпичиков», называемых азотистыми основаниями: аденина (A), цитозина (C), гуанина (G) и тимина (T). ДНК представляет собой закрученную структуру «двойной спирали», формирующуюся благодаря тому, что азотистые основания соединяются попарно, образуя лестничную структуру, объединяющую две нити между собой. Порядок расположения азотистых оснований, называемый также последовательностью ДНК (англ. sequence – отсюда «секвенирование»), содержит в себе информацию, необходимую для создания и сохранения жизни

Геномы, состоящие из ДНК, содержат четыре разных нуклеотида, в основе каждого из которых лежит одно из азотистых оснований: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) или тимин (T). Нуклеотиды связаны вместе вдоль каркаса из фосфорилированного сахара, формируя нуклеиновые кислоты, к примеру дезоксирибонуклеиновую кислоту, или ДНК. ДНК в геноме состоит из двух нитей, и это означает, что в стабильном состоянии нуклеотид из одной нити связан с комплементарным ему нуклеотидом из второй нити. Нуклеотид, связанный с комплементарным нуклеотидом, называется спаренным основанием (или парой оснований). Размер генома обычно выражается в парах оснований, что составляет половину числа нуклеотидов в геноме.

Геномы очень сильно отличаются друг от друга по количеству спаренных оснований и хромосом, по которым эти основания распределены. Человеческий геном заключает в себе около 3,2 миллиарда пар оснований, расположенных в 23 парах хромосом. Геном сосны ладанной содержит 22,2 миллиарда пар оснований, но хромосомных пар в нем всего 12. В геноме карпа 1,7 миллиарда спаренных оснований расположены в 100 парах хромосом. Колоссальные различия в геномах животных и растений не связаны ни со сложностью организма, ни с количеством генов, закодированных в их геномах.

Хромосомы имеют слишком большую длину, чтобы мы смогли секвенировать их целиком с помощью современных технологий. Поэтому, когда ученые секвенируют ДНК, они начинают с того, что разрезают хромосомы на более мелкие фрагменты. Эти фрагменты состоят из двух нитей, поэтому их длина также указывается в количестве спаренных оснований. В зависимости от используемого метода секвенирования размеры этих фрагментов могут варьировать от нескольких десятков до нескольких тысяч пар оснований. После того как ДНК разделили на части и секвенировали, ее фрагменты собираются заново в хромосомы. Вкратце процесс секвенирования генома выглядит так: сначала разрежьте, потом склейте заново.

Теперь, когда мы немного разобрались со сленгом, давайте набросаем в общих чертах этапы секвенирования и сборки генома вымершего вида. Вначале мы собираем останки представителей вида, который собираемся вернуть к жизни, – кости, зубы, шкуру, шерсть, – всё, что удается найти. После этого мы выделяем из них все фрагменты ДНК, которые сможем. Затем мы секвенируем эту ДНК. Наконец, мы бережно собираем вместе крошечные кусочки ДНК, делая их все больше и больше, и в итоге получаем хромосомы.

Если вы были внимательны, то могли заметить, что мы пропустили этап, на котором разрезали ДНК на более мелкие фрагменты. При работе с древней ДНК он не нужен. ДНК поступает к нам уже разделенной на кусочки. Правильнее даже будет сказать слишком разделенной. Слишком сильная фрагментация для нас плоха: чем короче фрагмент ДНК, тем сложнее разобраться, где он должен находиться в геноме.

Но это еще не все. Эти короткие фрагменты ДНК к тому же находятся в довольно плохом состоянии. Благодаря химическим веществам, а также другим биомолекулам, содержащимся в окружающей среде, отдельные нуклеотиды могут повредиться или разрушиться, так что их молекулярная структура будет отличаться от изначальной. Молекулы с измененными структурами будут неправильно считываться в процессе секвенирования, что приведет к ошибкам в геномной последовательности. В некоторых средах ДНК распадается медленнее, чем в других (к примеру, в Арктике, где жили мамонты, ДНК сохраняется лучше, чем в тропиках, где жили дронты). Это означает, что виды, не обитавшие в областях, где у их останков была высокая вероятность сохраниться, скорее всего, не очень хорошо подходят для восстановления.

Наконец, мы сталкиваемся с так называемой контаминацией. В наиболее широком смысле под контаминацией имеется в виду любая ДНК, извлеченная из кости или другой ткани и не принадлежащая организму, геном которого мы пытаемся секвенировать. Это может быть ДНК микроорганизмов, поселившихся в этой кости после того, как она была погребена в земле, или растений, корни которых росли рядом с этой костью. Это также может быть ДНК, попавшая в кость во время ее извлечения из земли или пребывания в лаборатории. Одна кость может содержать огромное количество хорошо сохранившейся ДНК, лишь малая часть которой будет представлять для нас интерес.

Профессор Сванте Паабо руководит исследовательской группой в Институте эволюционной антропологии Общества Макса Планка, расположенном в немецком городе Лейпциге, и не так давно его группа секвенировала и собрала геном неандертальца. Группу Паабо очень интересует вопрос, что же это значит – быть человеком. Один из способов приблизиться к ответу – сравнить геном человека с геномами наших ближайших родственников, человекообразных обезьян, и выяснить, как изменилась наша геномная последовательность с тех пор, как мы разошлись с другими человекообразными обезьянами. Наш ближайший живущий ныне родственник – это шимпанзе. Геномы человека и шимпанзе совпадают на 98–99 %, следовательно, отличия человека от шимпанзе должны быть обусловлены оставшимися 2 % генов. Но 2 % из 3,2 миллиарда пар оснований – это все еще слишком большая часть ДНК, чтобы разобраться. Неандертальцы состоят в намного более близком родстве с людьми, чем шимпанзе. Секвенировав геном неандертальца, Паабо может более детально разобраться в генетических особенностях нашего вида.

Первый полный геном неандертальца, опубликованный группой Паабо, представлял собой объединенные данные ДНК, секвенированной из трех различных костей неандертальца. Менее 5 % ДНК, обнаруженной в каждой кости, принадлежало неандертальцу, остальные 95 % приходились в основном на ДНК, попавшую из окружающей среды, – ДНК бактерий почвы и болезнетворных организмов, растений и т. д. Средняя длина фрагмента секвенированной ДНК неандертальца, извлеченной из этих костей, составляла 47 пар оснований. Человеческий геном содержит 3,2 миллиарда пар оснований, так что это похоже на сборку пазла, состоящего из 68 миллионов кусочков. Разумеется, вследствие разрушения и контаминации у исследователей было намного больше кусочков, чем нужно, при этом некоторые из них относились к тому же пазлу, но иначе разрезанному, а некоторые вообще к другому.

Чтобы облегчить сборку, группа Паабо использовала в качестве шаблона человеческий геном, уже секвенированный и собранный. Продолжая аналогию с пазлом, если фрагменты ДНК неандертальца, состоящие из 47 пар оснований, – это кусочки головоломки, то человеческий геном – картинка на крышке коробки. Вот только картинка и пазл различались (потому что это был геном человека, а не неандертальца). Совсем немного, как если бы картинка имела другой цвет или часть ее была скрыта надписью «Содержит мелкие детали».

Сборка генома неандертальца оказалась непростой задачей. Но все же менее сложной, чем будущая сборка многих других древних геномов. Во-первых, на сегодня код человеческой ДНК расшифрован лучше, чем код ДНК любого другого вида, так что картинка на крышке коробки пазла была практически полной. Количество и разнообразие секвенированных геномов продолжает расти, однако для большинства видов они все еще секвенированы и собраны лишь отчасти. Во-вторых, люди и неандертальцы имели общего предка, жившего в пределах последнего миллиона лет, возможно, даже около половины миллиона лет назад. Это означает, что между людьми и неандертальцами не успело накопиться слишком много различий. Картинка на крышке коробки довольно точно отражает то, как должен выглядеть законченный пазл.

Но для многих других видов это не так. На самом деле чем больше времени прошло от точки эволюционного расхождения вымершего вида с живущими видами, геномы которых можно использовать в качестве образца, тем сложнее будет сборка генома такого вида. На каком-то этапе образец на крышке коробки с пазлом уже будет не просто слегка отличаться по цвету, а будет больше напоминать картинку, которую вы спасли из пасти собаки, а потом попробовали склеить с помощью скотча и капельки воображения. А при еще большем отдалении – на картинку, которую растоптало стадо мамонтов, убегающих от стаи пещерных львов. Под дождем.

Если у нас нет останков вида, содержащих ДНК, которую можно будет восстановить, – такой вид плохо подходит для возрождения. Если у нас есть останки, содержащие такую ДНК, но вид не имеет близких родственников, сборка генома из этой ДНК будет сложной, возможно, даже очень сложной. Важно, однако, что даже если сохранившаяся ДНК находится в ужасном состоянии, в целом возможно собрать если не целую последовательность, то хотя бы ее длинные участки.

Как превратить полученную геномную последовательность в живой организм?

Если мы дошли до этапа, на котором оцениваем возможность создания живого организма, значит, предположительно, нам удалось собрать его геномную последовательность (или ее часть), пусть это и было тяжело. Теперь нам нужно превратить эту вереницу букв в живой организм. Но как?

Не существует единого для всех организмов пути от генома к живому существу. Некоторые геномы, в частности, бактерий или вирусов, обычно не нужно сильно подталкивать к тому, чтобы они начали вести себя как живые. Другие же геномы и близко не стоят к превращению в живое существо.

Обдумывая возрождение вымершего вида, мы обычно рассматриваем два возможных пути. Первый относится к тому, что имеет в виду большинство людей, говоря о клонировании. Чтобы клонировать овцу Долли в 1996 году, ученые из Рослинского института, подразделения Эдинбургского университета в Шотландии, взяли у взрослой овцы небольшой образец ткани молочной железы, содержащей живые клетки, и использовали ДНК этих клеток для создания точной копии животного. Этот процесс называется соматическим ядерным переносом, или просто ядерным переносом. Позже я объясню, как он работает, но пока достаточно знать, что использование этой технологии для возвращения к жизни большого числа вымерших видов маловероятно. К сожалению, для клонирования путем ядерного переноса нужно иметь неповрежденные клетки. Если образец ткани не был взят у живого представителя вида до того, как этот вид вымер, ядерный перенос не сработает. Если мы имеем дело с видом, геном которого нам придется секвенировать и собирать заново, нам понадобится другой подход.

Другой способ создания живого организма пугающим образом напоминает фильм «Парк юрского периода». Как и должно, по всей вероятности, происходить в реальных проектах по возрождению вымерших видов, ученые из «Парка юрского периода» смогли восстановить лишь участки генома динозавров – в фильме они выделили их из крови, обнаруженной в останках застывших в янтаре комаров. Недостающие участки генома динозавра ученые восполнили с помощью ДНК лягушки. К сожалению, они не могли заранее знать, какие участки ДНК важны для того, чтобы животное выглядело и вело себя как динозавр, а какие – просто мусор. Мы можем только предположить, будто эти выдуманные ученые надеялись, что промежутки, заполненные чужеродной ДНК, в основном относятся к незначимым участкам генома. Но, разумеется, они ошиблись, и какой-то фрагмент лягушачьей ДНК позволил восстановленным динозаврам чудесным образом изменять пол, что привело к катастрофе и 400 миллионам долларов кассовых сборов.

Настоящие ученые, занимающиеся возрождением вымерших видов, пытаются узнать, какие участки генома отвечали за то, чтобы представители вымершего вида выглядели и вели себя именно так, как они это делали. В этом случае мы сможем найти соответствующие ключевые участки в геноме их близкого живого родственника, убрать их и поставить на их место участки генома вымершего животного.

Разумеется, на словах все это выглядит намного проще, чем в жизни.

Предположим, мы собираемся возродить мамонта и для этого хотим отредактировать слоновий геном таким образом, чтобы он больше походил на мамонтовый. Для начала нам придется определить все различия между геномами мамонта и слона. Затем, поскольку может оказаться слишком сложным внести все изменения сразу (по меньшей мере, в первых экспериментах), нужно будет определить более узкий круг необходимых поправок, решив, какие различия важны. К примеру, мы выясним, что у мамонтов и слонов отличается ген UCP1, кодирующий разобщающий белок в митохондриях клеток бурой жировой ткани. Эксперименты на мышах показали, что белок UCP1 участвует в терморегуляции. Поскольку мамонты, в отличие от слонов, жили в очень холодной местности, мы можем предположить, что мамонтовая версия этого гена помогала им согреваться. Наша цель состоит в том, чтобы превратить слона в животное, способное выжить в холодном климате, и преобразование слоновьей версии этого гена в мамонтовую должно помочь нам достичь цели. Итак, мы создаем молекулярный инструмент, который сможет проникнуть в клетку слона, обнаружить участок генома, соответствующий гену UCP1, и отредактировать его таким образом, чтобы он стал похож на мамонтовую версию.

Все, что нам нужно для создания полного генома мамонта, – это повторить описанный шаг для каждого значимого различия между мамонтом и слоном.

Далее мы берем клетку с отредактированным геномом и вводим его в яйцеклетку, из которой предварительно удалили ядро. Эта клетка начинает делиться и превращается в эмбрион, – все как при уже знакомом нам процессе клонирования путем ядерного переноса. Затем мы имплантируем этот эмбрион в матку суррогатной матери, где он продолжает развиваться, и, наконец, на свет рождается детеныш.

Может показаться, что последний этап, на котором представитель одного вида развивается в матке представителя другого вида, не вызовет особых затруднений. Однако этот шаг тоже следует хорошо продумать. Представим себе проект по возрождению стеллеровой коровы. Ближайший живущий родственник стеллеровой коровы и, следовательно, наиболее вероятный кандидат в ее суррогатные матери – дюгонь, период беременности у него составляет 13–14 месяцев, после чего на свет рождается единственный детеныш. Новорождённые дюгони весят около 30 килограммов и в длину достигают чуть более метра – около ?—? длины взрослой особи. Если соотношение размеров новорождённой и взрослой особи у стеллеровой коровы такое же, то новорождённый детеныш будет достигать 3–6 метров в длину. Это больше, чем длина тела его суррогатной матери.

Чтобы преодолеть это препятствие, можно было бы сконструировать гигантскую искусственную матку для вынашивания морской коровы. Или все же для восстановления необходим вид, для которого найдется более подходящий вариант суррогатной матери.

Получится ли переселить возрожденное животное из неволи в природную среду обитания?

Хотя этот вопрос в значительной мере уже был освещен в ответах на первые четыре, я хотела бы затронуть еще несколько пунктов, на которые нужно обратить внимание, выбирая вид для восстановления. Выше мы поднимали вопрос существования подходящей среды обитания и того, что может случиться с этой средой и с экосистемой, если в нее внезапно вернется возрожденный вид. Здесь же я остановлюсь на технической стороне реинтродукции. Насколько жестко запрограммированным было поведение этого вида? Насколько сильно родители заботились о своем потомстве? Перенимали они особенности поведения у других особей или рождались уже готовыми выживать, находить пищу и подходящую пару? Насколько они были социальны? Хотя я кратко коснулась этих вопросов, когда описывала дополнительные трудности восстановления вымерших видов, не имеющих близких живущих родственников, с этими сложностями в определенной мере столкнутся все проекты по возрождению. Первый представитель восстановленного вида непременно будет одинок в этом мире. Если он должен перенять у кого-то определенные особенности поведения, то у кого? Взаимодействие с суррогатной матерью или суррогатным сообществом животных может заменить ему часть недостающих социальных взаимодействий. Но если он научится поведению у этих животных, будет ли он вести себя так же, как это делал бы представитель вымершего вида? Да и важно ли это вообще?

Текущая работа по сохранению исчезающих видов показывает, что некоторые виды выживают и как будто неплохо чувствуют себя в неволе, но им не удается успешно размножиться, как в дикой природе. Причины этого различаются у разных видов. Некоторые животные, выращенные в неволе, в дикой природе становятся более легкой добычей для хищников, поскольку их никогда не учили чувствовать опасность и убегать. Иногда в дикой природе им недостает социальной структуры, необходимой для успешного выживания. А порой они просто не умеют находить себе еду. Во всех этих случаях они смогут выжить в дикой природе, только если она на самом деле будет не дикой, если ее будут активно контролировать люди. Организация такого постоянного управления может оказаться довольно дорогой и, вероятно, отнимет ресурсы у других программ по сохранению исчезающих видов и защите природы, так что затраты должны быть сопоставлены с потенциальной выгодой.

<<< Назад
Вперед >>>

Генерация: 1.609. Запросов К БД/Cache: 0 / 0
Вверх Вниз