Читать книгу "Наука воскрешения видов. Как клонировать мамонта - Бет Шапиро"

Зимов считает, что сибирскую тундру можно превратить в богатые пастбища, напоминающие тундростепи времен плейстоцена, просто вернув в ее экосистему крупных травоядных. Возрожденная степная тундра предоставит ресурсы и среду обитания для других видов, находящихся под угрозой исчезновения, в том числе диких лошадей, сайгаков и амурских тигров. Однако Зимов утверждает, что в его плейстоценовом пазле не хватает критически важного элемента размером со слона. Крупные и менее крупные травоядные играют в экологии своих биологических сообществ разные роли. К примеру, большие травоядные валят деревья и топчут кустарники, а также распространяют семена и питательные вещества на куда большие расстояния, чем мелкие травоядные.

Крупные травоядные, пасущиеся в сибирской тундре, принесут и другую, потенциально более значимую пользу. Хотя верхние слои почвы в Сибири замерзают и оттаивают каждый сезон, почва, лежащая ниже, сохраняет примерно одну и ту же температуру в течение всего года. Она примерно соответствует среднегодовой температуре воздуха, с одной важной оговоркой. Зимой температура воздуха в Сибири может опускаться до –50 ˚C, но снег, лежащий на поверхности вечной мерзлоты, изолирует почву от этого лютого мороза, из-за чего ее температура остается более высокой, чем могла бы быть в противном случае. До того как вымерли мамонты и другая мегафауна ледникового периода, в отдельных местах они полностью убирали этот снег, а в других притаптывали его, разрушая его теплоизолирующие свойства. Температура почвы тогда была значительно ниже, чем сейчас. Хотя количество травоядных, пасущихся в Плейстоценовом парке, слишком мало, чтобы достичь того же эффекта, в более мелком масштабе он тем не менее заметен: по оценкам Зимова, температура глубоких слоев почвы под пастбищами в его парке в зимние месяцы примерно на 15–20 ˚C ниже, чем в других местах.

По оценкам ученых, оледеневшая арктическая почва сейчас удерживает целых 1400 гигатонн углекислого газа – это почти в два раза больше, чем во всей атмосфере Земли сегодня. Из-за глобального потепления вечная мерзлота тает, и углекислый газ высвобождается из нее. Если Зимов прав, реинтродукция мамонтов в Сибирь (или, скорее, интродукция в Сибирь индийских слонов, устойчивых к холоду) на самом деле замедлит накопление в атмосфере парниковых газов, а значит, и глобальное потепление.

Важно понимать, что вышеописанный сценарий не требует воскрешения мамонта. Все, что для него нужно, – это животное, способное заменить собой мамонта: слон, чьи гены отредактировали, чтобы он смог выживать в Сибири.

Один плюс много равно популяция

Одному слону не удастся превратить голый пейзаж в цветущую и разнообразную экосистему, сколько бы генов мы ни изменили и насколько бы хорошо ни было адаптировано это животное к жизни в подобной среде. Однако именно это мы и получим по окончании первой стадии возрождения вымершего вида – создания живого организма: одного великолепного, здорового слона с отредактированными генами. Разумеется, дойти до этого этапа было совсем нелегко. Теперь же нам снова придется поднапрячься.

Чтобы продолжить упорное движение к цели на втором этапе, в ходе которого животных выпустят в дикую природу, нам нужно ответить на три вопроса. Во-первых, как много особей понадобится, чтобы образовалась здоровая популяция животных воскрешенного нами вида? Во-вторых, насколько велико должно быть генетическое разнообразие в этой популяции, чтобы она смогла себя поддерживать? Наконец, где и как должны расти и воспитываться эти животные, чтобы в конечном итоге их можно было выпустить в дикую природу?

Существует несколько способов создать жизнеспособную популяцию особей с отредактированными геномами. Если технология редактирования генома не станет существенно эффективнее, вероятно, в результате мы получим всего одну клетку, содержащую все требуемые генетические изменения. Мы можем сделать из нее больше одного животного, вырастив колонию идентичных клеток (зачастую такие колонии называют клеточными линиями), а затем использовать их для клонирования путем ядерного переноса. Единственный недостаток такого подхода состоит в том, что все эти животные получат идентичный набор генов и, следовательно, в нашей популяции не будет никакого генетического разнообразия. Другой вариант заключается в том, чтобы скрестить генетически модифицированных особей с особями, гены которых не редактировались. Такой подход увеличит генетическое разнообразие, но может привести к потере генетических изменений, над которыми мы так тяжело работали. Третий вариант состоит в том, чтобы начать с нуля и внести такие же изменения в геномы клеток, взятых у другой особи. Это также увеличит генетическое разнообразие, однако в результате у нас может не получиться организм с таким же или хотя бы приемлемым для нас фенотипом. Поскольку каждый геном индивидуален и все гены в нем взаимодействуют друг с другом, изменения, которые привели к появлению требуемого фенотипа в одной клетке, могут не привести к тому же результату при работе с геномом другой клетки.

Учитывая, как сложно будет создать даже одну особь с отредактированным геномом и то, что создать вторую тем же путем будет ничуть не проще, возможно, нам стоит сделать шаг назад и спросить себя, действительно ли генетическое разнообразие необходимо для выживания популяции.

Ответом будет «вероятно».

Генетические различия между особями лежат в основе адаптивной эволюции. Если бы у всех представителей популяции был один и тот же генотип, то у них также был бы одинаковый или очень похожий фенотип. У всех были бы одинаковые шансы на выживание и размножение. Разумеется, у всех также были бы одинаковые шансы не выжить. К примеру, если по популяции прокатывается болезнь, все окажутся одинаково уязвимыми перед ней. Если окружающая среда внезапно изменится, к примеру наступит тяжелая засуха и исчезнет важный источник пищи, никто в популяции не сможет адаптироваться лучше других. Популяции с высоким уровнем генетического разнообразия защищены от болезней и колебаний в окружающей среде. У некоторых особей в этих популяциях будут выше шансы на выживание и размножение. Генетически разнообразная популяция сумеет адаптироваться и выживет.

Но есть ли абсолютная необходимость в генетическом разнообразии? Низкий его уровень связывают с плохим здоровьем, пониженной репродуктивной успешностью и пороками развития, к примеру кривой формой хвоста, часто наблюдавшейся среди флоридских пум до того, как их скрестили с пумами из Техаса. Однако у некоторых видов с крайне низким уровнем генетического разнообразия это приводит к совсем небольшому числу измеримых последствий для их способности к выживанию. К примеру, среди белых медведей генетическое разнообразие крайне мало, но оно характерно для них в течение по меньшей мере последних 100 тысяч лет. За это время белые медведи пережили две ледниковые эпохи и теперешний теплый период межледниковья. Тем не менее, поскольку среда, к которой они адаптированы, постепенно исчезает, недостаток генетического разнообразия может привести к их гибели: чем оно выше, тем выше шанс, что появятся новые комбинации генов и фенотипы, способные адаптироваться к выживанию в новой среде.

Ясно, что генетическое разнообразие и адаптивный потенциал, который оно предоставляет, важны, и здоровая популяция не может целиком состоять из клонов. Наиболее вероятным (пусть и не самым простым) решением проблемы разнообразия будет редактирование клеток, взятых от разных особей. Редактируя геномы этих клеток, мы должны будем убедиться, что изменения были внесены в обе хромосомы каждой использованной клетки. Таким образом, популяция станет генетически идентичной в этих конкретных локусах, и целевой фенотип сохранится даже после того, как ее выпустят в дикую природу.