Kui rändav tuvi Martha 1914. aastal Cincinnati loomaaias suri, algas ilusa ajastu lõpp. Kunagised Põhja-Ameerika idaosas domineerivad liigid, asustasid rändtuvid tuvid kümneid tuhandeid aastaid tohututes kuni mitme miljardi isendiga metsades enne väljasuremist. Nende lindude õhuke arv koos nende puuseemnepõhise toiduga tegi neist ühe päeva kõige olulisema keskkonnainseneri, muutes elupaiga dünaamikat, millele need metsad tuginesid. Need ökosüsteemid kaotavad nüüd bioloogilise mitmekesisuse, ütles Revive & Restore juhtivteadur Ben Novak.
"Kui see lind 1914. aastal väljasuremine leidis, ärkas tööstusinimeste jõud süngelt hävitama isegi kõige rikkalikumaid loodusvarasid," räägib ta. Nii loob Novak koostöös California Instituudiga programmi Revive & Restore, mille eesmärk on nende liikide taastamine ja taastamine ning nende looduslike elupaikade taasasustamine, kasutades tavalisi tuvisid ja CRISPRi jõudu.
Kas surnud liik saab ülestõusmist?
Novak on osa väikesest väljasuremisinseneride grupist, suhteliselt suurest teadlaste grupist, kes loodavad kasutada geenitehnoloogiat inimtegevuse tagajärjel hävinud ikooniliste loomaliikide kaitsmiseks või taaselustamiseks.
Mõne jaoks on väljasuremine (või väljasuremine) ökoloogilise lunastuse teekond. Jah, bioloogiline mitmekesisus on oluline, kuid kes ütleb, et väljasurnud liik suudab kohaneda ja ellu jääda pidevalt muutuvas ökoloogilises süsteemis, mis on pärast surma muutunud? Või mis veelgi olulisem, mis siis, kui ülestõusnud loomad - põhiliselt Maal elavad tulnukad - kahjustavad meie habrast ökosüsteemi rohkem kui kasu?
"Miks meil seda vaeva on vaja," küsib Novaki meeskond. Tiirlevate tuvide puhul on vastus lihtne: hiljuti, peaaegu aastatuhande pärast inimeste kadumist, saime lõpuks aru nende üliolulisest rollist Põhja-Ameerika idaosa ökosfääri kujundamisel.
Praegu on teadlased leidnud, et ekslevad tuvid ilmusid enam kui 12 miljonit aastat tagasi ja olid erakordselt kohandatud eluks tihedates karjades. Uued leiud koos metsaökoloogia uuringutega näitavad selgelt, et need linnud olid metsa dünaamika võtmeinsenerid.
Reklaamvideo:
See keskne roll viitab sellele, et rändavad tuvid on ökosüsteemi jaoks palju olulisemad kui lihtsalt väljasurevate liikide taaselustamise katse. “Rändava tuvi tagasitulek taastab metsadünaamika taastumistsüklid, mida vajavad kümned liigid, mis praegu kahanevad ja näevad vaeva, et ellu jääda,” ütleb Novak.
Kustutamine: mustandid
Protsess on kaheastmeline: esiteks tuleb väljasurnud liigid surnuist üles äratada. Teiseks tuleb hoolikalt hinnata liikide keskkonda toomist.
Teise sammu kohta on meil juba sarnaseid näiteid, selgitab Novak. Liikide taastoomine piirkondadesse, kus need on likvideeritud, on pikaajaline teadus ja teadlased on juba mõnda edu saavutanud: hundid Yellowstone'is, põder Kentuckys, kobrad Šotimaal. Lõppeesmärk on kaaluda selle tegemise või mitte tegemise riske: mis juhtub ökosüsteemiga, kui me sekkumise lõpetame.
Rändava tuvi puhul on selle taasasustamine tõenäoliselt kas neutraalne - see tähendab, et temast saab metsas lihtsalt järjekordne lind, millel puudub mõõdetav mõju - või positiivne teiste liikide ellujäämiseks.
Igal juhul on koefitsiendid Novaki kasuks.
Esimene nõue - surnute ellu äratamine - on väga uus teadus. Kuid tänu väikesele CRISPR-i tööriistale on väljasuremine võimalik.
Siin on saak: erinevalt Jurassic Parkist ei püüa teadlased looma ainult tema DNA põhjal looma elustada.
Meeskond kasutab otsimise ja asendamise lähenemisviisi: alustage tavalise tuviga, mis prügib linna prügikastide ümber, ja lisage geenid, mis on tüüpilised ekslevatele tuvidele. Kasutame lähimaid sugulasi - triibulise sabaga tuvisid. Eemaldades loomalt geenid valikuliselt, loodab meeskond koondada järgnevalt sisse lülitatud geenid ja lükata geneetilisel tasandil reisil olevate tuvide juurde "elavad surrogaadid".
Piisava põlvkonnaga saame uudishimulikke tehisliike, mille DNA pole väljasurnud loomadest eristatav. Kuid kas hübriidloomast saab ekslev tuvi, on filosoofiline küsimus.
See on strateegia, mida järgib enamik rühmi, kes üritavad loomi taaselustada. Kuid Novaki meeskonnal oli vastus.
Võrreldes näiteks dodoga, "on olemas kasutatav DNA, kuna muuseumides ja taksidermistide kogudes on rohkem täidisega tuvisid kui üheski teises linnus," ütleb Novak. Lisage tõsiasi, et meil on juurdepääs triibulistele tuvidele ja arusaam nende paljunemisharjumustest ning saate aru, et "ülestõusmise teadus võiks saada kõik stiimulid ja visaduse".
Kustutamine praktikas
Alates 2012. aastast on Novaki meeskond saavutanud väidetavalt rohkem edu kui ükski teine väljasuremisprojekt.
Esiteks avastas meeskond tööde ja koostööna järk-järgult rändtuvide olulise mõju nende ökosüsteemidele ja vastas kauaaegsele küsimusele, kuidas nende arv kahanes nii kiiresti miljarditest nullini. Linnud on arenenud, et kohaneda eluga suurtes populatsioonides. Ehkki nad võiksid taastuda vähese geneetilise mitmekesisuse tõttu, on inimjaht pannud lõpliku küünte nende kirstu.
Need uuringud aitavad tuvi koju tagasi tuua. Novak selgitas, et nende tulemuste kohaselt peame esmalt varustama triibulised tuvid vajalike mutatsioonidega, mis põhjustavad nende paljunemist samal viisil, nagu seda tegid rändavad tuvid, ja nad võivad elada tihedates kooslustes. Seejärel peame lindudele andma kohandused, mida nad vajavad tõhusaks elamiseks tiheasustuses keskkonnas, näiteks tunnused, mis võimaldavad neil olla sotsiaalsete näpunäidete suhtes tundlikumad, või järglaste kiire küpsemine, nii et nad kulutaksid vähem aega suure hulga laste kasvatamiseks.
CRISPRi tulek muutis kõike. Esmakordselt on Novakil ja tema meeskonnal juurdepääs suhteliselt lihtsale ja odavale geenide redigeerimise tööriistale, mis võimaldab neil töötada tavalise tuvi DNA-ga.
Siiani on nad tööriista efektiivsemaks muutmiseks kasutanud mitmeid lähenemisviise. Parim viis on tuvisperma või muna otse redigeerimine, sest need muudatused kanduvad üle järgmisele põlvkonnale. Milles on probleem? Teadlased pole veel suutnud neid rakke katseklaasis kasvatada.
Järgmine oluline punkt on DNA redigeerimise tööriista - koos vajalike tööriistadega - tutvustamine embrüos. Kuid ka teadlastel tekkis siin probleeme: CRISPR-i tööriistakomplekti edastamiseks pidid nad lootma viirustele. Selle tulemusel on pakend muutunud ohutuks sisestamiseks liiga suureks.
Nendest takistustest ülesaamiseks keskendus Novaki meeskond täiesti uue tuvide rea loomisele, millest igaüks sisaldas geneetilist materjali, et DNA redigeerimist oleks lihtsam.
CRISPR-Cas9 on kaheastmeline protsess, selgitas Novak. Osa CRISPR-ist on peidetud sihtmärk-DNA-sse, samas kui lõiku teeb Cas9. Igas rakus Cas9 abil aretatud lindude kehas on põhimõtteliselt mõni funktsionaalne geeni redigeerimise tööriist, mis muudab muude oluliste komponentide kohaletoimetamise palju lihtsamaks.
"Järgmise kolme aasta jooksul võib maailm näha kõndiva tuvi esimest geneetikat, mis on sündinud elusas, hingavas linnus," ütleb Novak.
Kui kõik läheb plaanipäraselt, oleme järgmise kahekümne aasta jooksul tunnistajaks väljasurnud liikide taastumisele. Üles tõusevad ka dodo linnud ja villased mammutid. Varem või hiljem jääb väljasuremine minevikku - paremaks või halvemaks.
Ilja Khel
