Как и зачем пытаются вернуть исчезнувшие виды

Всемирно известный американский учёный, 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 их расселения в Арктике — на Discovery Channel даже вышел специальный проект «Сибирь: ДНК Ледникового периода». Константин Викторович Северинов, доктор биологических наук, профессор Сколковского института науки и технологий и университета Ратгерса (США) рассказывает о том, как и зачем сегодня 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 — это 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.

Джордж Черч

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. Например, планы по возрождению северного белого носорога, которые сегодня разрабатываются в Германии, направлены на восстановление популяции вида, от которого в живых остались только две самки — и замороженная ДНК самца. При разработке процедур репродуктивного клонирования придется решать ряд технических проблем, действуя методом проб и ошибок. В частности, например, понадобится разработать процедуры получения неоплодотворенных яйцеклеток, их энуклеации, введения в них ядер соматических клеток, а затем имплантации матери. Все это требует большого количества времени, финансовых вложений и сил, поэтому так работать неудобно и явно невыгодно.

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. В случае с вымершими животными или когда остались лишь самцы, потребуется поиск подходящего вида, самки которого могли бы быть 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, оплодотворения 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 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 за свои работы 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: геном мамонта и слона известны, и с этим можно работать. Есть более перспективный подход, который ориентируется не на клонирование мамонта, а на создание его из слона. Технически нужно только отлично понимать их геномы и постепенно «переделывать», изменять определенные различия, которые отделяют слона от мамонта: шерстистость, бивни, уши, морозоустойчивость, размеры. Сегодня такие эксперименты известны, но не столько со слонами, сколько с мышами: в марте 2019 ученые в Великобритании подсадили структуры, похожие на ядро и полученные из останков мамонта Юки, в мышиные яйцеклетки — и в 21% случаев началось деление. Дальше этого дело не пошло, и процесс остановился, однако эти результаты могут использоваться в дальнейших генетических разработках.

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 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, а также перерабатывают деревья и кустарники в траву, которая потом отвоевывает себе пространство у вечной мерзлоты. Я не специалист в этой области, но мне представляется, что экологические предсказания такого масштаба невозможны. Речь идет об интродукции сотен тысяч особей на гигантских пространствах. Очевидно, что процесс должен быть постепенным и растянется на сотни лет. «Возрождение» зубра в XX веке оказалось очень ограниченным, не вижу причин, почему с мамонтами, если они вдруг появятся, будет что-то другое.

В любом случае, эксперименты и разработки в области технологий клонирования и редактирования геномов могут найти применение в улучшении сельскохозяйственных животных и растений, чтобы они росли быстрее, а за потребление мы платили бы меньше. Кроме того, эти технологии понадобятся нам самим для борьбы со все увеличивающимся количеством мутаций, накапливающихся в нашем генофонде, хотя, конечно, нам предстоит решить еще много этических, моральных и где-то даже философских вопросов.