22 мая в мире отмечается День биоразнообразия. Американский ученый, генетик, молекулярный инженер и химик Джордж Чёрч и сотрудница лондонского Музея естественной истории, палеонтолог Тори Хeрридж, побывав в Якутии и найдя там прекрасно сохранившиеся останки мамонта, запустили широкую общественную дискуссию о возможности «возрождения» древних животных и расселения их в Арктике.
Константин Северинов, доктор биологических наук, профессор Сколковского института науки и технологий и университета Ратгерса (США), рассказывает, как и зачем ученые пытаются возродить вымершие виды.
Пожалуй, самые очевидные способы восстановления практически исчезнувших популяций лежат вдали от клонирования и других генетических экспериментов. Гораздо более эффективный метод — сохранение и восстановление ареалов и борьба с браконьерством. Однако эти меры конфликтуют с экономической деятельностью человека и поэтому способны лишь замедлить вымирание видов, но никак не предотвратить его. Поддерживать виды, находящиеся на грани исчезновения, можно и в зоопарках — там, в принципе, могут проводиться работы по сохранению их генетического материала и использования его для искусственного оплодотворения и клонирования. И такие проекты действительно существуют.
Искусственное оплодотворение комбинирует отцовские и материнские гены так же, как и при обычном зачатии, что позволяет получать потомство с различными наборами генов. Клонирование дает копии уже существующих животных. Однако и в том, и в другом случае, если в наличии есть лишь несколько особей-основателей, генетическое разнообразие потомства будет очень небольшим, и поддержание вида окажется затруднительным или даже невозможным из-за эффектов отрицательных мутаций, которые, например, проявляются у людей при близкородственных браках.
Если человечество по какой-то причине решает возродить уже вымерших животных, чьи ДНК оказались в относительной сохранности, — тут благодаря как популярной культуре, так и объективным надеждам на успех чаще всего принято вспоминать об извлеченных из многолетней мерзлоты мамонтах, — задача дополнительно усложняется. Следовательно, различные программы возрождения должны с самого начала располагать генетическим материалом многих особей спасаемого вида. Всякое клонирование при переходе от одного вида к другому потребует значительного количества работы и времени для оптимизации процедуры. Поскольку в этом случае помимо сбора достаточного количества пригодных образцов генетического материала требуются также самки близкородственного современного вида животных, которые могли бы выступить суррогатными матерями.
Для репродуктивного клонирования необходимо взять неоплодотворенную яйцеклетку существа женского пола (так как она неоплодотворенная, то содержит лишь один набор хромосом/генов; второй в нормальной ситуации должен быть получен при оплодотворении от самца). Затем нужно из этой яйцеклетки вынуть ядро, в котором находятся хромосомы, — это называется «энуклеацией». В энуклеированную яйцеклетку необходимо ввести ядро, взятое из клетки какой-нибудь ткани того организма, который предстоит клонировать. Это ядро будет содержать двойной набор хромосом, а значит, оплодотворение не нужно. Например, в случае овечки Долли брали ядро из клетки вымени. Затем нужно полученную яйцеклетку стимулировать к развитию и подсадить в матку матери, как правило, не той, из которой брали яйцеклетку, так что это будет суррогатная мать. Если все хорошо, она выносит и родит детеныша, который, с точки зрения набора генов, будет идентичен тому организму, ядро которого подсадили в яйцеклетку, будет его абсолютной копией. На примере Долли Ян Вилмот и его сотрудники впервые продемонстрировали принципиальную возможность клонирования. После были, конечно, и другие успешные эксперименты, однако, как и в спорте, мы помним только чемпионов. Тем более овечки, в отличие от клонированной чуть позже крысы Ральфа, милые и кудрявые — очевидно, что они выигрывают с точки зрения пиара.
Эта процедура работает достаточно эффективно: сегодня клонируют кошек, собак и крыс. Казалось бы, то же самое можно было бы сделать с кем угодно, в том числе и с мамонтом, о возрождении которого так много говорят в последнее время. Для этого понадобится суррогатная слониха, источник энуклеированной яйцеклетки (тоже слониха) и источник генетической информации — довольно хорошо сохранившиеся генетические материалы, которых много в Сибири и Канаде, например. По словам молекулярного инженера, химика, профессора генетики Гарвардской медицинской школы Джорджа Чёрча, получившего всемирную известность в связи с работами в области секвенирования геномов и интерпретации полученных данных, рассматривается вариант с использованием искусственной матки в качестве «суррогатной матери», чтобы избежать экспериментов на животных. Вопрос лишь в том, сможет ли генетическая информация, полученная от мамонта, развиться в клетке слона. Эти виды, безусловно, очень похожи, но вовсе не идентичны: в сущности, они как человек и шимпанзе. Вероятность того, что генетическая программа мамонта не заработает в чужой клетке и развитие пойдет не так, как надо, достаточно высока. Не стоит забывать, разумеется, и о такой принципиальной проблеме, как состояние генетического материала древних организмов, поскольку ДНК со временем под действием физико-химических факторов распадается на очень короткие фрагменты, и воссоздать огромную цепочку невероятно сложно даже с использованием передовых технологий.
Впрочем, это не означает, что точка в вопросе «возрождения» мамонтов поставлена: геномы и мамонта, и слона известны, и известно, как они отличаются друг от друга. Более перспективный подход ориентируется не на клонирование мамонта, а на постепенное его «создание» из слона. Технически для этого нужно постепенно «переделывать», изменять определенные положения ДНК, которые отличают слона от мамонта и могут быть ответственны за шерстистость, бивни, уши, морозоустойчивость, размеры и так далее. Но даже если предположить, что ученым удастся провести полностью удачный эксперимент, думаю, получится, скорее, волосатый слон, особенно если в качестве подхода будет использоваться направленное генетическое редактирование слонов. Тогда это не будет принципиально отличаться от выведения путем селекции пород покрытых шерстью коров, пасущихся на склонах гор в северной Шотландии.
На северо-востоке Якутии вот уже несколько десятилетий работает заказник «Плейстоценовый парк», где проводится эксперимент по воссозданию экосистемы «мамонтовых тундростепей» времен последнего оледенения. С этим заказником связывают много довольно амбициозных проектов, в том числе и «воскрешение» мамонта. В частности, в этой области работает и Джордж Чёрч — он даже не так давно приезжал с экспедицией в Сибирь. Чёрч говорит о создании морозоустойчивых слонов, которые могли бы выдерживать низкие температуры, сосуществовать с другими животными и вносить естественные изменения в экосистему. Это рассматривается как один из инструментов противодействия потеплению климата: мамонты утрамбовывают снег, поддерживая низкую температуру. Кроме того, они, мол, топтали кустарники, выкорчевывали деревья, освобождая место для травы. Она поглощает меньше солнечного света, а значит, земля поглощает меньше тепла, что также препятствовало повышению температуры. Я не специалист в этой области, но мне представляется, что прогнозировать последствия заселения нынешних пространств тундры мамонтами или новыми «волосатыми слонами» для их превращения в новую мамонтовую степь просто некорректно. Речь идет об интродукции сотен тысяч особей на гигантских пространствах. Очевидно, если человечество действительно поставит себе такую задачу (хотя ее целесообразность до сих пор не ясна), то решить ее принципиально возможно, но процесс будет постепенным и растянется на сотни лет. Подобный опыт — правда, без направленной генной модификации — существует: например, ведутся проекты по реинтродукции в различных районах Арктики, в том числе, в России, овцебыков. Это одни из немногих представителей фауны мамонтовых степей, которые пережили конец ледникового периода, однако к середине XIX века их популяция сохранилась лишь на острове Гренландия. На территории России эксперимент с реинтродукцией овцебыков начался в конце 70-х годов прошлого века, когда на Таймыр и остров Врангеля было завезено около 50 этих животных. Сегодня ареал их обитания значительно расширился, а популяция составляет 11–14 тысяч голов на Таймыре и около 1,1 тысячи голов на острове Врангеля. Кроме того, свободно живущие популяции созданы на Полярном Урале, Ямале, Якутии, в Магаданской области. Подобные проекты ранее были реализованы и в других странах — например, в Норвегии реинтродукция овцебыка началась еще в 1924 году.
Будет ли попытка возрождения мамонта всего лишь аттракционом на потеху почтенной публике? Едва ли. Сама постановка и попытка реализации подобной задачи потребует таких научных усилий и такого продвижения в области генетики и генной инженерии, что неминуемо повысит способности человечества справляться со стоящими перед ним «человеческими» проблемами. Например, эти технологии понадобятся нам для борьбы со все увеличивающимся количеством мутаций, накапливающихся в нашем генофонде. И все же пока перспектива возрождения давно вымерших видов не стоит непосредственно на повестке дня, стоит задуматься обо всех связанных с этим этических, моральных и где-то даже философских вопросах. В конце концов, это и делает нас людьми.