Niedawno nagłówki gazet ogłosiły światu, że za 6 lat po Syberii znów będą biegały mamuty włochate. O planach „wskrzeszenia” tych wymarłych ssaków mówiło się od dawna, a Beth Shapiro kilka lat temu opublikowała przystępny podręcznik dla tych, którzy chcieliby w wolnej chwili popracować samodzielnie nad takim projektem [1]. Shapiro wielokrotnie powtarzała, że jeśli komuś miałoby się to udać, będzie to zapewne profesor George Church, biolog z Harvard Medical School (USA). Firma Colossal, która otrzymała na przywrócenie do życia mamutów 15 milionów dolarów, stworzyła zespół, któremu będzie przewodził właśnie profesor Church [2].
Niech nie wchodzą nam w drogę
W języku polskim trudno jest znaleźć zgrabne tłumaczenie określenia „de-extinction” (ang. odwrócenie wymarcia). I tak można usłyszeć o przywracaniu lub wskrzeszaniu wymarłych gatunków. De-ekstynkcja jest procesem wykorzystującym nowe metody i techniki, stosowane w inżynierii genetycznej i sekwencjonowaniu antycznego DNA (aDNA) do odtworzenia wymarłych gatunków [3].
Proces ten wzbudza jednak wiele wątpliwości. Najważniejszą kwestią jest oczywiście to, które gatunki powinny zostać przywrócone i dlaczego. Należy zatem rozstrzygnąć: (1) interesy jakich grup będą reprezentowane poprzez odtworzenie wybranego gatunku oraz (2) czy przesłanki takiego wyboru są słuszne z punktu widzenia bioróżnorodności i zachowania ekosystemów. Jeśli ów gatunek był nieobecny na Ziemi od bardzo dawna, to najprawdopodobniej ekosystem, w którym kiedyś żył, uległ przekształceniu i przyzwyczaił się do jego braku.
Wskrzeszone gatunki muszą mieć odpowiednie warunki do życia i zapewnioną dietę, a te nie zawsze są dostępne współcześnie. Ich re-introdukcja może zatem przynieść więcej szkody niż pożytku, doprowadzając do zaburzenia odtworzonego przez naturę systemu, na przykład poprzez zakłócenie istniejącego łańcucha pokarmowego i konkurencję o dostępne zasoby środowiska [1, 3, 4].
Co więcej, obecnie obserwujemy trend dużej niechęci ludzi do zwierząt, które odważą się zbyt blisko podejść do trenów zajmowanych przez człowieka – mimo iż nie znajduje to odzwierciedlenia w biologii i ekologii, uważa się, że drapieżniki są dla nas zagrożeniem i projekty ich ochrony często podlegają krytyce. Tego typu sytuację można było zaobserwować chociażby w przypadku „zbyt odważnej” wilczycy w Białowieży, której zachowanie wynikało z jej wcześniejszych doświadczeń z ludźmi [5, 6]. Trudno sobie wyobrazić, że społeczeństwo zaakceptuje przywrócenie gatunków takich jak na przykład tygrys szablozębny. Zatem szansa na akceptację tego typu projektów zwiększa się wraz z odległością odtworzonych populacji od lokalizacji zajętych przez ludzi. Coraz trudniej takie odludne miejsca znaleźć i stanowi to nie lada wyzwanie w projektach zajmujących się de-ekstynkcją.
Najważniejszym czynnikiem decyzyjnym są jednak finanse, co rodzi kolejne zagrożenia. Celem de-ekstynkcji powinno być raczej przywracanie gatunków, które wymarły z winy człowieka, a nie takich, których wskrzeszenie przynosiłoby korzyści ekonomiczne [1].
Zawsze ten mamut
Firma Advanced Cell Technologies sklonowała z sukcesem gaura (zagrożony gatunek bydła z Azji). Surogatką była krowa bydła domowego. Gaur żył tylko 48 godzin i zmarł na czerwonkę. Był to jednak pierwszy dowód na to, że metoda działa i ma potencjał. Niedługo potem ta sama firma sklonowała inny zagrożony wymarciem gatunek bydła, bantega azjatyckiego, który żył w zoo w San Diego aż 7 lat [1].
Zachęceni tym sukcesem naukowcy z Hiszpanii postanowili przywrócić koziorożca pirenejskiego, gatunek endemiczny, całkowicie wybity przez myśliwych w wyniku nadmiernych polowań. Eksperyment rozpoczęto 3,5 roku po padnięciu ostatniej samicy, od której pobrano komórki somatyczne jeszcze przed śmiercią i natychmiast zamrożono, aby zachować DNA w idealnym stanie. Niestety, młody koziorożec zmarł kilka minut po narodzinach – miał nieprawidłowo rozwinięte płuca i udusił się [1].
Kolejnym gatunkiem, którego naukowcy chcą przywrócić do życia, jest gołąb wędrowny. Sądzi się, że był to najliczniej występujący gatunek ptaka zamieszkujący Ziemię. Ich nazwa dotyczy dalekich wędrówek pomiędzy obszarami lęgowymi (tereny na wschód od Wielkich Jezior aż do stanu Nowy Jork) a zimowiskami (tereny na zachodzie USA i w Meksyku). Podobno, gdy olbrzymie stada (gromadzące nawet po kilka milionów osobników) przelatywały nad Ameryką, ciemniało niebo. Na pewno nie zyskałyby uznania współczesnych Amerykanów, dbających o trawniki i polerujących na błysk swoje auta. Gołębie wędrowne były głównymi roznosicielami nasion (m.in. bukwi, żołędzi), a do ich całkowitego wymarcia doprowadziła wycinka lasów i intensywne polowania (liczne stada były łatwym łupem) [4].
Następny na liście jest oczywiście mamut, marzenie wielu naukowców [1, 4, 7, 8]. Wybór tego ssaka zdaje się spełniać wszystkie warunki niezbędne do powodzenia misji. Żył w zimnym klimacie, zatem zwiększa to szanse na odnalezienie osobników zachowanych w wiecznej zmarzlinie z dobrze zakonserwowanym DNA. Jest najbliżej spokrewniony ze słoniem indyjskim, zatem dostępne są surogatki, które charakteryzują się odpowiednią fizjologią i wielkością ciała. Co więcej, genom słonia indyjskiego jest dostępny do analiz porównawczych. Należy jednak pamiętać, że wspólny przodek mamutów włochatych i słoni indyjskich żył 4 miliony lat temu, zatem wypełnienie brakujących fragmentów podczas sekwencjonowania genomu mamuta fragmentami obecnymi w genomie słonia indyjskiego nie jest dobrym rozwiązaniem [9, 10].
Okazuje się także, że współcześnie istnieje miejsce, w którym mógłby żyć wskrzeszony mamut – jest to Park Plejstoceński, założony na Syberii przez dwóch naukowców w 1988 roku. Celem jest odtworzenie nieistniejącego już ekosystemu – stepu mamuciego (ang. mamooth steppe), który kiedyś pokrywał niemalże całą Europę, także południową. Jednak ten glacjalny step w niczym nie przypominał dzisiejszego – dane palinologiczne (pyłki roślin) i skamieniałości udowadniają, że była to dziwna mieszanka sucholubnych gatunków roślin i zwierząt stepowych, które często nie mają swojego współczesnego odpowiednika. W literaturze można spotkać się z innym określeniem tego biotopu: stepo-tundra. Nazwa ta jest jednak nieprecyzyjna, ponieważ nie był to odpowiednik ani naszego współczesnego stepu, ani tundry, lecz niepowtarzalna mozaika wykazująca charakterystykę jaką dziś obserwujemy w dwóch oddzielnych biotopach. Step mamuci jest zatem konceptem, który łączy faunę z wegetacją – jego granice wyznaczone były zasięgiem występowania megafauny plejstoceńskiej (m.in. mamutów włochatych, nosorożców włochatych, bizonów, tygrysów szablozębnych, suhaków stepowych czy wielkich leniwców), natomiast skład gatunkowy flory charakteryzował się dominacją niskiej, cienkiej murawy [11, 12].
Skoro wszystko już mamy, to jak wyhodować sobie tego mamuta?
Kopiuj – wklej, czyli ile mamuta w mamucie
Początkowo idea de-ekstynkcji działała w oparciu o klonowanie z zastosowaniem metody transferu jądra komórki somatycznej (ang. somatic cell nuclear transfer), wykorzystanym między innymi do sklonowania słynnej owcy Dolly. Metoda ta polega na tworzeniu zarodka poprzez usunięcie jądra komórkowego z komórki jajowej i przeniesienia do niej jądra komórkowego z komórki somatycznej dawcy, a następnie implantacja go do macicy surogatki, samicy blisko spokrewnionego gatunku. Niestety, w przypadku przywracania gatunków dawno wymarłych nie ma możliwości zastosowania tej metody, ponieważ żadne ich nietknięte komórki nie są obecnie dostępne. Wszystkie odnalezione w wiecznej zmarzlinie mumie przedstawicieli megafauny plejstocenu zawierały znacznie zdegradowany DNA, pomimo (zdawać by się mogło) idealnych warunków do konserwacji [1]. Jeśli ktoś chce wyhodować sobie mamuta, musi użyć innej drogi – metody edycji genomu, możliwej dzięki metodzie CRISPR. Przepis wydaje się bardzo prosty (ale oczywiście nie jest!).
Na początku należy znaleźć dobrze zachowaną kość mamuta włochatego, z której izolujemy aDNA i sekwencjonujemy cały genom. Antyczny DNA jest bardzo pofragmentowany i aby skutecznie złożyć kompletne „puzzle”, należy użyć genomu referencyjnego (w tym przypadku słonia indyjskiego) i aDNA wyizolowanego z wielu różnych mamutów, aby skompletować jak najwięcej informacji genetycznej tego gatunku. Zła kondycja DNA skutkuje także zmianami w strukturze molekularnej, co przekłada się na błędy w sekwencjonowaniu. Należy również uwzględnić nieuniknione kontaminacje, czyli m.in. mikroorganizmy z medium, z którego wydobyto mumię czy DNA roślin oplatających kości. DNA zawsze lepiej zachowuje się w zimnym klimacie niż w tropikach, zatem szybciej uda się przywrócić do życia mamuty, niż wymarłego ptaka dodo [1, 4, 8-10].
Odtworzenie całego syntetycznego genomu od nowa jest bardzo trudne i wymaga olbrzymich nakładów finansowych, przez co staje się niemożliwe i nieopłacalne. Sekwencjonowanie całego genomu i porównanie go z genomem najbliżej spokrewnionego gatunku umożliwia jednak identyfikację kluczowych genetycznych różnic, warunkujących to, że mamut jest mamutem, a słoń słoniem. Pozwala to na edycję genomu słonia w taki sposób, aby po modyfikacjach bardziej przypominał genom mamuta niż słonia. Uchwycenie i wprowadzenie wszystkich różnic jest zadaniem karkołomnym, dlatego należy zidentyfikować tylko te, które faktycznie odpowiadają za mamucie cechy. Na przykład wiadomo, że hemoglobina mamuta różni się od hemoglobiny słonia czterema mutacjami i to te cztery konkretne zmiany sprawiają, że dostarczanie tlenu jest wydajniejsze u mamuta w zimnych temperaturach. Inne ważne zmiany to te, które odpowiadają między innymi za termoizolację czy futro, niezbędne do przeżycia w chłodnym klimacie. Ostatecznie taki zmodyfikowany genom można przenieść do pozbawionej jądra komórki jajowej i wszczepić słonicy. Należy upewnić się, że w takiej komórce faktycznie doszło do ekspresji genów mamuta, nie słonia. Jeśli wszystko zadziałało, po 2 latach urodzi się w końcu wyczekane mamuciątko [1, 8-10].
Pytanie tylko co dalej.
Miara sukcesu
W marcu 2015 roku, zespół profesora Churcha ogłosił, że z sukcesem wkopiowali kilka genów mamuta włochatego do genomu słonia indyjskiego, używając „nożyczek” CRISPR. Wykazali również, że po tym zabiegu udało się uzyskać ekspresję genów mamuta w zmodyfikowanych komórkach naskórka współczesnego słonia – pierwszy raz od wymarcia mamutów ich geny znów były aktywne! Prof Church skromnie jednak uznał, że to bardzo obiecujący początek prac, ale jednak początek [8].
Sukcesem odtworzenia mamutów bowiem wcale nie będą narodziny pierwszego małego mamuciątka. Tak naprawdę nie chodzi o wskrzeszenie samego gatunku, tych kilku osobników genetycznie identycznych z gatunkiem wymarłym – to jedynie udowodni, że potrafimy technicznie opanować problem od strony molekularnej. Najważniejsze jest, aby odtworzyć całe, samodzielne i samowystarczalne populacje, które będą potrafiły przetrwać i rozmnażać się bez pomocy człowieka. Celem jest zatem odtworzenie całej kaskady ekologicznej, promowanej przez obecność przywróconego gatunku, w tym przypadku stepu mamuciego. Mamuty 2.0 mają żyć w zimnym klimacie, tratować ziemię, paść się na tundrowej roślinności, rozsiewać nasiona po Syberii, ponownie wprowadzać do obiegu składniki odżywcze, a tym samym umożliwić rozszerzenie się całego ekosystemu i współistnienie innych związanych z nim gatunków. Jeden mamut żyjący w zoo nie wchodzi w grę [1, 9-10].
Genetyczne odtworzenie mamuta może być wbrew pozorom najłatwiejszą częścią projektu. Należy podkreślić, że mamuty 2.0 nie będą „prawdziwymi” mamutami, jakkolwiek rozczarowująco to brzmi. Sukcesem tak naprawdę okaże się nie uzyskanie osobnika w 100% identycznego molekularnie z tymi sprzed 10 tysięcy lat (co jest niestety niemożliwe), ale po prostu stworzenie zimnolubnego słonia, gatunku żyjącego obecnie w tropikach, który poradzi sobie w Arktyce i mrozach dochodzących do -50°C [1].
Trudniejszą kwestią jest niewątpliwie odtworzenie zachowania i struktury społecznej w przywróconej populacji mamutów. Pierwsze mamuciątko zostanie urodzone przez surogatkę, samicę słonia indyjskiego. Jak zatem nauczyć je życia w charakterystycznym dla niego środowisku? Jak nauczyć je znajdowania pożywienia w niegościnnym krajobrazie Arktyki i rozróżniania roślin potrzebnych w jego diecie? Jak odtworzyć interakcje społeczne, które budowane są od pierwszych minut po narodzinach? Jak wyhodować mamuta, który przeżyje w przyrodzie? I jak go ochronić przed nami, ludźmi? Obserwując interakcje turystów z żubrami w Białowieży obawiam się, że mamut może stać się atrakcją turystyczną, co zawsze jest dla zwierząt bardzo uciążliwe. Koszty projektu powinny zatem uwzględniać koszty zarządzania populacją i jej ochronę od samego początku.
Podsumowanie
Skutki odtwarzania wymarłych gatunków są szeroko dyskutowane, szczególnie etyczne aspekty tego procesu i wpływ na środowisko [4]. Wielu sceptyków zastanawia się czy mamy szansę na Jurassic Park (nie, nie mamy, bo nie zachował się żaden odpowiedniej jakości materiał genetyczny dinozaurów) i czy naukowcy mają prawo bawić się w Pana Boga. Pytanie tylko czy taką zabawą nie było decydowanie kto przeżyje, a kto nie.
Odkąd człowiek pojawił się na Ziemi i ruszył przed siebie na podbój kolejnych kontynentów, nieustannie zmieniał środowisko wokół siebie. Badania pokazują, że aktywność Homo sapiens (m.in. presja polowań, przekształcanie terenów i zmiany w ekosystemach) szczególnie wpłynęła na zmniejszenie bioróżnorodności w Australii i obu Amerykach. Zależność ta w mniejszym stopniu dotyczyła ssaków w Eurazji czy Afryce, które w wyniku koewolucji były przyzwyczajone do polowań ze strony ludzi [13].
Dziś jednak wolimy myśleć, że to klimat spowodował ostatnie wymierania. Faktem jest, że dokładne poznanie fluktuacji klimatycznych w przeszłości jest niezwykle trudne. W konsekwencji stosowane są ogólne globalne trendy (zimno podczas glacjałów i ciepło w trakcie interglacjałów). Wiadomo jednak, że w skali lokalnej kwestie klimatyczne znacznie się komplikują. Pomimo rozrastania się zasięgu lodowca w okresach chłodnych, nadal występowały w Europie regiony, które były stosunkowo ciepłe i charakteryzowały się mniejszymi spadkami temperatur. Oprócz temperatury należy uwzględnić również wilgotność, opady (deszcz lub śnieg), zanieczyszczenia. Idealnie by było, gdyby przeprowadzać analizy demograficzne populacji właśnie w skali lokalnej, ponieważ tak zaczynało się ich wymieranie – poprzez powolne kurczenie się zasięgów i tworzenie izolowanych grup. Podczas gdy w jednym regionie gatunek ma się świetnie, w innym może już być na skraju wymarcia. Globalna analiza demograficzna, pokazując uśredniony trend może sugerować znacznie mniejszy spadek liczebności niż obserwowany w rzeczywistości, a tym samym nie wzbudzać „przedwczesnej paniki” [13]. A w wielu przypadkach panikować już niestety trzeba.
Wymieranie gatunków jest procesem wynikającym z nałożenia się wielu czynników – głównie działań człowieka i wynikających z nich zmian klimatu. De-ekstynkcja mogłaby stać się niezwykłym narzędziem w dążeniach do zachowania bioróżnorodności i… zmniejszenia poczucia winy. Zespół profesora Churcha zaczął od mamuta. Czy jednak te zimnolubne słonie to będą prawdziwe mamuty z malowideł naskalnych? Nie, nie będą. Ale co z tego? My też już nie jesteśmy tymi samymi ludźmi, którzy malowali na tych ścianach w jaskiniach. Chciałabym, abyśmy dzięki mamutom i lekcjom z przeszłości stali się mądrzejsi.
Literatura:
[1] Shapiro B. 2015. How to Clone a Mammoth: The Science of De-Extinction. Princeton University Press, Pinceton.
[2] https://www.nytimes.com/2021/09/13/science/colossal-woolly-mammoth-DNA.html
[3] Seddon PJ, Moehrenschlager A, Ewen J. 2014 Reintroducing resurrected species: selecting DeExtinction candidates. Trends in Ecology and Evolution 29: 140-147.
[4] McCauley DJ, Hardesty-Moore M, Halpern BS, Young HS. 2017. A mammoth undertaking: harnessing insight from functional ecology to shape de-extinction priority setting. Functional Ecology 31: 1003-1011.
[5] https://zielona.interia.pl/przyroda/news-wilczyca-w-bialowiezy-poszukiwana,nId,5059848
[7] https://reviverestore.org/projects/woolly-mammoth/progress-to-date/
[8] Church GM, Regis E. 2012. Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves. Basic Books, Nowy Jork.
[9] Shapiro B. 2015. Mammoth 2.0: will genome engineering resurrect extinct species? Genome Biology 16: 228.
[10] Shapiro B. 2017. Pathways to de-extinction: how close can we get to resurrection of an extinct species? Functional Ecology 31: 996–1002.
[11] Vereshchagin NK, Baryshnikov GF. 1992. The ecological structure of the “Mammoth Fauna” in Eurasia. Annales Zoologici Fennici 28: 253-259.
[12] Guthrie RD. 1990. Frozen fauna of the mammoth steppe. The story of Blue Babe. The University of Chicago Press, Chicago.
[13] Andermann T, Faurby S, Turvey ST, Antonelli A, Silvestro D. 2020. The past and future human impact on mammalian diversity. Science Advances 6: eabb2313.
———————————
p.s. obrazek jak zawsze z Freepik
———————————
Fakty i Mity Genetyki tworzone są przez pasjonatów, specjalistów, naukowców i lekarzy. Ten artykuł czytasz za darmo, bez reklam, bez spamu. Doceń naszą pracę i postaw nam wirtualną kawę 🙂 Dziękujemy! – Wasza Redakcja FiMG
