Вернув мамонта, мы остановим глобальное потепление
— По Вашему совету я прочитала книгу «Наука воскрешения видов», автор которой считает, что вымершие животные ушли от нас навсегда, — но, тем не менее, важно восстановить отдельные черты вымерших животных и тем самым вернуть к жизни уязвимые экосистемы. Вы можете на примере возрождения мамонтов пояснить эту мысль?
— Попробую. В принципе, стабильные экосистемы, которые могут существовать на протяжении долгого времени, не просто так стабильны. Они стабильны за счет всех компонентов, которые в них входят, а это и микробиологические составляющие, и мелкие животные, и крупные животные. Все это между собой очень плотно взаимодействует. Когда исчезает один вид, он «тянет» за собой и другие. Например, вымерли крупные животные тундровой зоны. Причем приблизительно в одно и то же время. Исчезли мамонты, шерстистые носороги, не стало больших животных, которые бы утаптывали почву, разрывали ее, выколупывали оттуда остатки травы, когда снег выпал, как-то взаимодействовали бы с замерзшей почвой… Такое вымирание не могло не отразиться на экосистеме. Согласно исследованиям, экосистема тундры стала гораздо менее продуктивна после того, как из нее исчезли крупные животные. Ученые считают, что, если в тундру снова заселить животных, которые там прижились бы и начали размножаться, то биосистема улучшится. Есть даже гипотеза, согласно которой в этом случае мы сможем немного отодвинуть глобальное потепление. Вернув мамонта, мы остановим глобальное потепление — звучит желтовато, но так оно, вероятно, и есть.
— А я слышала, что, вернув мамонтов в тундру, мы поможем исчезающим сегодня видам…
— И это тоже. Когда я опрашиваю людей, кого бы из вымерших видов им хотелось вернуть, я обычно слышу красивые названия вроде «шерстистого мамонта», «странствующего голубя», «морской коровы», «динозавра». Но на самом деле мы забываем о мелких животных и растениях, которые вокруг крупных млекопитающих всегда были и являлись неотъемлемой частью биосистем. Журналисты никогда не пишут о том, что вымер какой-то мох или мышка. Хотя эта самая мышка могла быть очень важной в своей экосистеме. С вымиранием мамонтов мы потеряли много растений — почву им подготавливали крупные животные.
— Кого еще будет «выгодно» восстановить с точки зрения экологии?
— Это интересный и одновременно сложный вопрос. Мы должны понимать, существует ли та биосистема или ее остатки, в которую мы хотим кого-то вернуть. Например, есть такая проблема в Китае — в стране исчезли речные дельфины. Река стала слишком загрязненной — и дельфины вымерли. Это произошло совсем недавно, однако, если мы захотим дельфинов вернуть, нам будет некуда их определить.
Нужно понимать, существует ли еще биосистема, в которую можно кого-то вернуть, чтобы эту биосистему возродить. Или мы говорим о том, что биосистема уже уничтожена и надо решить, возрождать ее или нет? Есть третий вариант — биосистема была уничтожена и заменена другой, которая тоже функционирует достаточно продуктивно. Хороший пример — когда в Йеллоустонский парк и некоторые другие районы США был в свое время реинтродуцирован волк. Волков выпускали из мест искусственного разведения в неволе, завозили из Канады, «помогали» им на первых порах с размножением, охраняли их… И биосистема в этой области возродилась до того состояния, в котором она существовала ранее. Конечно, мы не говорим о том, что вымершие виды возродились, но численность видов, которые регулировались крупными хищниками, пришла к балансу.
А что с мамонтами? С одной стороны, тундровая экосистема вымерла — поскольку вместе с мамонтами мы потеряли и шерстистых носорогов, и других больших ребят. Тундровая биосистема не была восстановлена — у нас осталась мертвая тундра на тех местах, где раньше была очень продуктивная биосистема. И мы можем подумать о том, как нам ее восстановить. Для этого необязательно, кстати, виды возрождать. Иногда достаточно поместить похожие виды, которые могут выполнять те же функции. Если у нас есть носорог, который способен жить на холоде, то нам не важно, это вымерший шерстистый носорог или модифицированный носорог, привезенный из Африки. Для нас главное — чтобы мы поместили в тундру крупное животное, которое будет питаться тем же, чем питались вымершие виды, и вести себя примерно так же.
Нам не важно возродить именно мамонта. И не важно, чтобы животное было генетически идентично вымершему мамонту. Нам важнее, чтобы в тундре появился кто-то, идентичный мамонту по поведению — чтобы животные перемещались стадами, а не по одиночке, чтобы выживали при тех же температурах и примерно тем же питались. Если бы мы могли создавать биороботов, которые походили бы по поведению на мамонтов, то и биороботы с этой ролью справились бы. И никого возрождать не пришлось бы.
— А вообще возможно воссоздать мамонтов, генетически идентичных тем, что вымерли?
— Заглянем в историю попыток воссоздания мамонтов. Начнем с того, что в 1990-х годах появилась технология криоконсервации, которой мы сейчас успешно пользуемся. Многие слышали, что нам сейчас рекомендуют до определенного возраста сдать яйцеклетки или сперматозоиды, чтобы дальше вести какой угодно разгульный образ жизни, а когда детей захочется — взять молоденькие и свеженькие биоматериалы и создать в пробирке здоровый эмбрион. В этих исследованиях участвовали японские ученые Акира Эритани и Казуфуми Гото. Исследования натолкнули их на мысль: «Окей, раз мы можем такое дело провернуть с замороженным биоматериалом, то почему бы нам в природе не поискать такую же заморозку, но только естественную?» И они задумали возродить мамонта. Японцы хотели организовать несколько экспедиций в те места, где проживали мамонты — еще не так давно, по историческим меркам. Вообще мамонты-то не так давно вымерли! Последние исчезли около четырех тысяч лет назад.
— Тогда египтяне уже свои пирамиды вовсю строили.
— Да вообще недавно мамонты вымерли. Буквально с моим прадедушкой под ручку еще ходили. Вернее, под бивень. Ну так вот, ученые задумали организовать несколько экспедиций и найти тушу мамонта, которая очень быстро «заморозилась» после его гибели. Специалисты мечтали о мамонте-мальчике, чтобы выделить у него сперматозоиды, отобрать из них только те, внутри которых есть Х-хромосома. Напомню, что мы от мамы и от папы получаем по гаплоидному набору хромосом — и у нас все хромосомы почти идентичны, но есть небольшое различие: у мамы половая хромосома всегда Х, а у папы — X или Y. Если от папы мы получим Y-хромосому, то у нас родится мальчик, а если от папы мы получим X-хромосому, то на свет появится девочка. Идея была такая: найти мамонта-мальчика, взять у него сперматозоиды, выделить только те, внутри которых есть Х-хромосома, скрестить сперматозоид с яйцеклеткой азиатского слона и получить эмбрион — как при ЭКО — и родится детеныш, который будет на 50 процентов слоном, а на 50 — мамонтом. И этот детеныш будет девочкой. Получится полумамонт-девочка.
Дальше яйцеклетку этой повзрослевшей девочки ученые хотели скрестить с теми же самыми сперматозоидами папы, который замерз много тысяч лет назад. Получится животное, которое окажется уже на 75 процентов мамонтом. По прогнозам специалистов, уже через 50 лет мы могли бы иметь некое существо, которое на 88 процентов являлось бы мамонтом. Но этот план не увенчался успехом: найти настолько хорошо сохранившуюся тушу мамонта не удалось. Несколько экспедиций не достигли поставленных целей, а потом закончилось финансирование.
Сейчас мы понимаем, что, скорее всего, у тех ученых все равно ничего не получилось бы: межвидовое скрещивание имеет малый успех, мы видим это на примерах того, как сложно получить, например, лигров. А вовторых, шансы найти качественные сперматозоиды с неповрежденным ядром очень малы.
И тут мы переходим ко второму подходу в воскрешении. В 2010 году нашли останки маленького мамонтенка, которого назвали Юка. Чем он примечателен? Ведь мамонтов и до этого в огромном количестве находили! Я вот сейчас разговариваю с вами, а в 50 метрах от меня находится наш кемеровский музей, в котором стоит целый скелет мамонта. У нас в Кемерово вообще постоянно мамонтов находят. В начале 2021 года очередные кости мамонта нашли при прокладке водопровода возле моего старого офиса. Для нас это вполне обыденная история — что где-то снова нашли кости мамонта. Здесь везде копают, для привлечения студентов прямо посреди улицы выставляют витрины с мамонтовыми костями. В общем, город мамонтов у нас.
В принципе, и до 2010 года палеонтологи находили много костей мамонтов. Проблема была найти такие останки, в которых ядерная ДНК хорошо сохранилась. То есть для нас идеальны были бы останки такого мамонта, который шел, грыз травку, а потом его внезапно бы завалило глыбой или бы он куда-то провалился, а сверху бы случился обвал. Нужно, чтобы смерть животного была мгновенной, а замерзание произошло быстро — чтобы до его туши не успели добраться микроорганизмы и начать свою коварную работу по уничтожению клеток и ДНК. Таких хороших останков долгое время не было, однако в 2010 году нашли малышку Юку, которая очень «хорошо» замерзла. Помимо того, что ее кости оказались в отличном состоянии, у нее нашли еще несколько граммов мышечной ткани. И оттуда смогли выделить несколько десятков клеток, в 88 из которых оказалось вполне себе целое клеточное ядро. А у нас в клеточном ядре и лежит ДНК. То есть мы смогли получить максимально целую ДНК из всего, что находили ранее.
Мы и ранее выделяли из останков фрагменты ядерного генома и смогли сложить из них довольно точно геном мамонта. А тут практически живые — разморозь и пользуйся — ядра! И, казалось, вот он, шанс на клонирование мамонта. Ученые провели такой эксперимент: взяли ядра у Юки и поместили их в опустошенные яйцеклетки мышек. А дальше попробовали понять: начнут мышиные яйцеклетки с мамонтовым ядром делиться — или нет. Этот процесс надо было как-то контролировать. Для контроля использовали ядра, полученные из клеток слонихи, за несколько лет до этого умершей в японском зоопарке. То есть не просто живой слонихи! Нам важно, что ее клетки тоже были в заморозке.
Итак, клетки слонихи взяли, выделили из них ядра и поместили их в клетки от мышки. И постарались запустить процесс деления клеток. Те клетки, в которые мы поместили ядра от слонихи, начали успешно делиться. А мамонтовые клетки деления не показали. Но! Некоторые процессы в них все-таки запустились — в клетках начало образовываться веретено деления, белки заработали. И это давало надежду на то, что, если мы продолжим и дальше искать хорошо сохранившихся мамонтов, то у нас есть шанс найти более целые ядра, с которыми мы сможем провернуть процедуру клонирования. Но, по сути, тут во многом зависит от удачи — найдем мы такого мамонта или нет.
Нам мало просто знать геном мамонта. Да, он у нас есть, мы его прочитали. Хотя древняя ДНК имеет свои отличия от современной — если мы возьмем ДНК современного пациента и ДНК древнего человека, то в последней будут свои особенности. Не потому, что мы сейчас другие и мутировавшие…
— А почему?
— За то время, пока ДНК лежала, в ней проходили некие химические модификации в самих молекулах. Мы умеем эти модификации определять и умеем делать пометочки, что вот здесь должна стоять другая буковка, и так далее. По идее, мы знаем, как выглядел бы геном мамонта без упомянутых химических изменений.
Но знать геном для нас мало. Мы еще не находимся на том уровне технологий, когда можем этот геном прямо с нуля воссоздать. Были, конечно, исследования лаборатории Крейга Вентера — того самого громкого товарища, который в свое время помогал с проектом «Геном человека» и благодаря которому этот проект был завершен раньше запланированного срока. Его лаборатория ставила такой эксперимент: ученые хотели создать одноклеточный искусственный организм, хотя бы минимально способный к жизни. То есть такие организмы мы еще, может, и в состоянии создать — хотя это дико сложно. Но вот воссоздать огромного мамонта по его геному мы пока не умеем. У нас технологии не того уровня.
Соответственно, воссоздать мамонта, использовав азиатского слона как суррогатную маму, мы пока не можем. Не из чего нам взять хорошее ядро к тому же. Клонировать мамонта не получится. Помните фильм «Парк Юрского периода», в котором динозавра клонировали благодаря биологическому материалу, найденному в комаре?
— Смотрела, помню!
— Что дальше? У проекта Revive&Restore, за успехами которого я слежу, появился новый спонсор. Их заявление звучит так: «Мы можем получить живого мамонтенка уже спустя шесть лет». Звучит круто, но здесь нужно понимать, насколько это будет мамонтенок.
Чего хотят авторы проекта? Они хотят получить мамонтенка, модифицировав слона. Наверное, все слышали про технологию CRISPR/Cas, которую мы всего-то 10 лет назад открыли на примере того, как это работает у бактерий. По сути, CRISPR/Cas — это система иммунитета бактерий, которая позволяет им успешно бороться с теми, кто на них нападает. В общем, эта система позволяет нам вносить изменения в геном. В чистом виде, в котором она существует у бактерий, она работает с большим количеством ошибок и неточно. Но за прошедшие годы мы смогли создать несколько новых вариантов этой системы, которые дают достаточно высокую точность редактирования, в связи с чем уже появились первые геномные скандалы — все, наверное, помнят шумиху с редактированием двух девочек-близняшек в Китае…
Так вот, что предложили ученые? Они решили, что, раз мы пока не можем клонировать мамонта, мы можем перепрограммировать слона, который не такой уж и далекий родственник мамонта. Есть, кстати, заблуждение, что слон — потомок мамонта. Но это не так: слон — это совсем другая ветвь. И мы с современными обезьянами тоже лишь родственники — просто у нас был общий предок.
В общем, мамонты, современные слоны и мастодонты — это родственники, произошедшие от общего предка. Достаточно близкие родственники. Вполне вероятно, что, если бы мамонты не вымерли, они бы могли с современными слонами скрещиваться…
— Как сейчас скрещиваются бурые и белые медведи?
— Ну да. Поэтому, по идее, мы можем взять слона и отредактировать его до такого состояния, чтобы он смог стать похожим на мамонта. Как мы уже говорили, если мы вернем в тундру животных, которые по своим функциям похожи на крупных млекопитающих прошлого, то мы получим желаемый результат. Иными словами, не обязательно возвращать именно мамонта. Так почему бы не заселить тундру слонами, которые не прочь пожить на холоде и умеют добывать пищу из-под снега?
Ученые начали думать в эту сторону и сравнили, насколько слоны и мамонты вообще похожи. Оказалось, не совсем — у них около трех миллионов различий в геномах. И тогда специалисты задумались о том, чем слоны принципиально отличаются от мамонтов. Шерсть у мамонтов была, а у слонов нет. У мамонтов было больше бурой жировой ткани, которая позволяла лучше бороться с холодом. Еще у мамонтов иначе работала кровеносная система, которая иначе реагировала на температурные изменения. И ученые решили сосредоточиться на таких конкретных изменениях, которые нужно сделать в слонах, чтобы те могли выполнять функции своих вымерших родственников.
Так, исследователи решили поменять ген ThermoTRP, который регулирует выработку белка кератина — этот белок влияет на то, какие у нас будут волосы. То есть, если ученые отрегулируют этот ген у слона, то смогут получить в итоге шерстистое животное. И слон сможет — теоретически — жить в Якутии! И вот еще интересный ген — LEPR. Схожая вариация этого гена была, кстати, у денисовцев и неандертальцев.
— А за что этот ген отвечает?
— У нас есть бурый жир, которого много у новорожденных и мало у взрослых. Бурый жир позволяет человеку лучше производить терморегуляцию. А у коренных народов Сибири есть модификация этого гена, которая помогает им лучше переносить холода. Вариация еще одного гена, схожая у мамонтов и коренных сибиряков (но отличная у других современных людей), позволяет их кровеносной системе более верно вести себя в очень холодных условиях.
В общем, в геном слонов нужно внести не три миллиарда изменений, а только те, которые связаны с ключевыми особенностями мамонтов. Но проблема в том, что чаще всего нет конкретных генов, которые отвечают за какую-то одну функцию. Как правило, история такая: функция зависит не от одного гена, а диктуется их набором. Бывает, что один ген влияет сразу на десятки функций. А бывает, что на группу каких-то функций сложно и запутанно влияет группа генов. И в случае с мамонтами надо не просто отредактировать аллель ThermoTRP, чтобы иначе волосы росли. Скорее всего, этого будет недостаточно.
Слона-мамонта мы будем «выращивать» в несколько этапов: на первом получим слона с более густой шерстью, потом с его яйцеклеткой начнут производить манипуляции, которые изменят выработку бурого жира, и так далее. Мы можем повысить вероятность успеха тем, что будем вносить изменения постепенно.
— Кому генетически ближе будет «возрожденное» животное — последним мамонтам с острова Врангеля или более ранним особям?
— Ни тем, ни тем. Я очень не люблю фразу «Каждый из нас на 50 процентов банан, потому что геномы-то совпадают». Это очень кривая логика, по которой я могу сказать, что каждый мужчина гораздо ближе к самцу обезьяны, чем к женщине — ведь у мальчика-шимпанзе есть Y-хромосома!
Важно, какие именно различия и сходства мы рассматриваем. Мы можем считать различия в некодирующих частях генома — и их будет много, но они нам не так важны. Можно считать различия по конкретным генам, но это достаточно сложно. И поэтому нельзя сказать, на кого больше будет генетически походить наш будущий мамонт. Скорее всего, он будет больше всего похож на азиатского слона — потому что из азиатского слона его будут «вылепливать».
— Современные реконструкции мамонтов правдивы или нет?
— Мамонты отличались друг от друга. Например, мамонты с острова Врангеля были малипусечками. Их рост был около двух-трех метров — видимо, в конце мамонтов осталось совсем мало, они друг с другом активно скрещивались, в итоге у потомства появлялись разные генетические заболевания… Ведь когда мама и папа из разных концов Земли, то это классно: генетическое разнообразие, все дела. А тут бедные мамонты оказались заперты на одном острове, все поперескрещивались между собой… И считается, что в результате последние мамонты ослабли и вымерли.
Близки ли реконструкции мамонтов к тем мамонтам, что ходили по Земле? Мамонты же друг на друга не были похожи. Одни были высокие, другие — нет. Но вообще про мамонтов мы знаем очень много: у нас есть их сохранившаяся мышечная ткань, бивни, волосы… Юка на вид как живая — словно сейчас вот проснется и побежит. Поэтому реконструкции мамонтов довольно точные. Мамонты — э??то не денисовцы, от которых осталась одна фаланга пальца. От мамонтов у нас осталось больше, чем от тех же неандертальцев — хотя от неандертальцев у нас остались целые черепа. Мамонты жили в холодных краях и очень «удачно» для нас помирали.
А вообще, когда мы говорим о тех же неандертальцах, нам важно, какого цвета у них были глаза, например. Это же люди, как и мы!
А вот с мамонтами нам цвет глаз и прочие признаки не так важны. Любой собачник меня поймет: даже два щенка из одного помета будут для него разными. Собачник скажет: «Да моя собака совсем другая, у нее морда лица отличается, как можно ее с кем-то спутать!» Наверное, если бы у нас появился живой мамонт и мы бы спросили его: «Слушай, а это твой соплеменник?», он бы ответил: «Нет! В моем племени таких не водилось». А вот для нас все мамонты — на одно лицо.
— Ученые несколько раз пытались возродить исчезнувшие виды — например, заботливых лягушек, однако клонированные особи оказывались нежизнеспособны. А есть удачные примеры клонирования вымерших видов?
— Вымерших — нет. Вымирающих — есть. Например, мы столкнулись с такой проблемой: носороги стали плохо размножаться. Мы и так потеряли много видов носорогов, а у оставшихся такие вот трудности. И для ученых было важно получать носорожат в пробирке, чтобы эмбрионы вынашивали суррогатные мамы. На мой взгляд, история с вымершими северными белыми носорогами и их близкими родственниками — вымирающими южными белыми носорогами — это история небольшого, но важного успеха ученых. На нашей планете уже бегают два прекрасных носорожонка — они южные белые, но они были получены методом, который все лучше и лучше отрабатывается для возрождения северных носорогов. Надеюсь, в ближайшем будущем ученые займутся еще и гепардами, у которых очень низкое генетическое разнообразие.
А еще пример успеха — лошади Пржевальского. Их в начале 20-го века почти полностью истребили. На планете оставалось 11 особей. И лошади Пржевальского, которые бегают по планете сейчас — даже те, которых выпустили дикие стада — потомки тех 11 особей, выживших после очень холодной зимы, пришедшейся к тому же на начало войны, когда достреляли всех лошадей, что были. Они — потомки 11 лошадей и одной обычной кобылы. Их низкое генетическое разнообразие не дает им возможности для маневра. Генетическое разнообразие — залог выживаемости вида. И, по идее, если бы все оставалось так, как есть, то лошади Пржевальского однажды вымерли бы — о??ни не смогли бы выйти за рамки своего ареала обитания, если этого потребовали бы изменившиеся условия среды.
Кстати, это еще один успех проекта Revive&Restore, который занимается носорогами, странствующими голубями и мамонтами. У ученых оставались качественные замороженные образцы генетического материала от лошадей, умерших в зоопарках во второй половине 20го века. Так, генетическим папой недавно рожденного жеребенка стал умерший в зоопарке еще в 1998 году жеребец, генетической мамой одна из современных лошадей Пржевальского, а выносила малыша обычная домашняя лошадь. Когда он подрастет, он будет введен в стадо, и это позволит увеличить генетическое разнообразие современных лошадей Пржевальского. А повышая — хотя бы немного — генетическое разнообразие, мы повышаем шансы выживаемости популяции.
На мой взгляд, история с лошадью Пржевальского показывает, что мы можем успешно работать в направлении возрождения видов. С нетерпением жду, что еще будет происходить в этом направлении. А там в ближайшие годы точно будет много всего интересного!
Екатерина Шутова, один из победителей конкурса творческих работ «Наука вокруг нас» среди молодежи, занимающейся научной журналистикой и популяризацией науки.
Материал Екатерины Шутовой впервые был опубликован в октябре 2021 г. на научно-популярном новостном и публицистическом интернет-портале «XX2 век»
