Когда мамонт вернётся

В начале осени американская биотех-компания Colossal Biosciences и профессор генетики из Гарвардской медицинской школы Джордж Чёрч объявили, что через 5−6 лет они собираются возродить первого мамонта и поселить его в Сибири — пусть восстанавливает плодородные арктические луга и спасает планету от перегрева. Несмотря на оптимистичные прогнозы, учёным придётся преодолеть немало трудностей. Разбираемся, как воскресить мохнатого слона и что с ним делать дальше.

Мамонт-оптимисты против мамонт-скептиков

Предположим, что мы в Нью-Йорке — на круглом столе, где обсуждают, стоит ли возвращать мамонтов к жизни. Профессора Росс Макфи и Линн Дж. Ротшильд настроены решительно против столь вздорной затеи. Их оппоненты Джордж Чёрч и Стюарт Бранд убеждены, что шерстистым гигантам надо дать второй шанс. Послушаем, что они говорят.

Бранд: Мы виноваты перед планетой и должны исправлять последствия своих действий! Человечество уничтожило или лишило среды обитания множество видов. А наша команда хочет их вернуть, чтобы сохранить и улучшить экологию. Причём не только мамонтов — наш новый проект Colossal Biosciences продолжает дело предыдущего, Revive & Restore («Возродить и восстановить»), в рамках которого мы работаем над воскрешением странствующего голубя и шерстистого носорога.

Чёрч: Появление мамонта увеличит генетическое разнообразие на планете и даст новый импульс развитию тундровых экосистем. Нам даже не нужно точно воссоздавать мамонта — достаточно вернуть того, кто будет на него похож, — шерстистого слона, если хотите. Главное, он будет выполнять в экосистеме те же функции, что и мамонт.

Макфи: Прекрасно вас понимаю хотя бы потому, что людям нравится мегафауна. Однако вы не говорите о долгосрочных перспективах. Где, например, будет жить первый мамонт после воскрешения? Кто его будет защищать?

Ротшильд: И как вы будете возрождать старые экосистемы? Ведь в современных мамонты окажутся лишними и только разрушат устоявшийся баланс. Помню, вы говорили об улучшении экологии тундры, но на это уйдёт уйма времени.

Чёрч: В случае успеха возрождённые мамонты отправятся в Плейстоценовый парк в Сибири, где они нужны для восстановления плодородной экосистемы мамонтовой степи. Я был там в гостях у русского учёного Сергея Зимова, он очень ждёт мамонтов! Нашу инициативу поддержали и власти Якутии. Да, придётся изменить какие-то законы, чтобы возрождённые существа могли жить спокойно, но это того стоит.

Макфи: А как мамонт появится на свет? Индийские слоны, близкие родственники мамонтов, находятся на грани исчезновения. Вам вряд ли позволят вмешиваться в процессы их репродукции.

Чёрч: Меня тоже беспокоит эта проблема, но мы собираемся сделать это с помощью искусственной матки. Её разработка входит в наши планы.

Этот разговор не выдумка.
Неужели в России через десяток-другой лет могут появиться мамонты? Ага, и мамонтовые парки, где мы будем на них кататься… Но нет, никто и не думал шутить.

Как будем воскрешать? Клонирование

Для воскрешения видов сегодня используются две технологии. Первая — это клонирование, как с овечкой Долли. Для удачного эксперимента нужны клетки с сохранившимся ядром. Процесс называется соматическим ядерным переносом, впервые его провели ещё в 1996 году. Из обычной соматической клетки берут ядро с геномом, переносят в подготовленную яйцеклетку, взятую у другого животного, и воздействуют на неё электрическим током. Образовавшийся после деления клеток эмбрион развивается в матке уже третьего существа — суррогатной матери. Там он превращается в здоровую особь своего вида, генетически идентичную той, из чьей клетки взято ядро. Сейчас с помощью клонирования разводят многие виды животных: от коров и коз до хорьков и лягушек.

Главная проблема клонирования — низкая эффективность: знаменитая овечка Долли была единственной «получившейся» из 227 эмбрионов. К тому же учёные пока не нашли хорошо сохранившиеся клетки мохнатых слонов. В 1990-х появилась технология криоконсервации, позволяющая быстро заморозить яйцеклетку или сперматозоиды. Японские учёные Акира Иритани и Казуфуми Гото из Университета Кинки снаряжали экспедиции в Сибирь, надеясь найти подходящий материал и клонировать мамонта, но тщетно.

— Ходит по тундре экспедиция из трёх десятков японцев, ищет мамонта, который упал и заморозил мошонку. Думают добыть из неё сперматозоид. Они не понимают, что слон — единственное животное, у которого гениталии внутри тела, и быстро их заморозить нет никакого шанса, — жалуется на поднадоевших гостей российский эколог Сергей Зимов.

Всё новые и новые российские, американские, британские, японские экспедиции неизменно заканчиваются неудачей. В Сибири и Канаде, где есть ледники, учёным нередко встречаются подающие надежды останки мамонтов, но всякий раз оказывается, что ДНК в их клетках уже слишком сильно повреждена временем, теплом и бактериями.

ДНК начинает разрушаться сразу после смерти организма. Особые ферменты, нуклеазы, разрывают связи внутри молекулы. Поэтому, чтобы прочитать ДНК, например, неандертальца, сначала потребовалось создать специальный метод восстановления генетической информации по тысячам крошечных обрывков. Остановить разрушение ДНК можно с помощью заморозки или специального химического раствора, который мамонтам, увы, был недоступен.

Как будем воскрешать? Редактирование генома

Второй способ возродить мамонта предлагает важнейшая технология нашего времени — редактирование генома. Чёрч с компанией собирается сделать именно это — добавить гены мамонта в геном слона.

Начальный этап превращения слона в мамонта похож на сборку пазла. На его упаковке изображён геном мамонта, а внутри лежат детали — уже исследованные гены. Первые фрагменты ДНК мамонта удалось прочитать ещё в 1994 году, полный геном секвенировали в 2015-м. Он на 99% совпадает с геномом слона. Удалось определить и некоторые гены, которые отвечают за способности, связанные с жизнью в Арктике, — например, ген, кодирующий особую форму гемоглобина. Благодаря этой форме кровь мамонтов обладала свойствами природного антифриза: гемоглобин в ней сохранял способность переносить и высвобождать кислород даже при очень низких температурах.

Следующий этап — изменение генома слона. Внешне новое существо получится похожим на мамонта, но не будет им на 100% генетически. Чтобы создать такой организм, понадобится знаменитая технология редактирования генома CRISPR, которую усовершенствовал тот самый Джордж Чёрч.

Чёрч собирается заменить около 50 фрагментов генома слона: дать ему густой волосяной покров, изоляционный жир, адаптированный к холодам гемоглобин и убрать бивни, чтобы обезопасить животных от браконьеров. Перенести в геном слона синтезированные участки ДНК, кодирующие эти признаки, поможет технология CRISPR, которую часто называют «молекулярными ножницами». Куски ДНК нужно перенести в ядро слоновьей клетки и добавить «ножницы» — нуклеазы «цинковые пальцы» и активаторы синтеза, созданные Чёрчем.

«Ножницы» сами определяют участки для редактуры и разрезают нить ДНК в нужном месте. Запускается клеточный механизм, который чинит повреждение. В процессе ремонта он замечает «кусочек мамонта» и вставляет его на место разрыва. В конце учёные проверяют, как изменился ген, работает ли он, повлияло ли это на фенотип. Джордж Чёрч давно занимается секвенированием геномов и интерпретацией данных о них. В рамках проекта по восстановлению мамонтов он хочет вновь заселить ими Арктику. Учёного-генетика поддерживают экологи Стюарт Бранд и Райан Фелан.

После одной из совместных встреч в лаборатории Гарвардского университета в 2012 году Чёрч с Брандом и Феланом создали некоммерческую организацию Revive & Restore («Возродить и восстановить»). Она запускает проекты по возрождению исчезнувших животных и спасает вымирающие виды с низким генетическим разнообразием. Например, учёные извлекают ДНК из замороженных останков практически вымерших на сегодня черноногих хорьков и ищут в этом генетическом материале утерянное разнообразие, чтобы вернуть его в оставшуюся популяцию.

А динозавра воскрешать будем?

Помните, как в «Парке юрского периода» воскресили динозавров? При помощи комара, напившегося динозавровой крови и застрявшего в янтаре. Вскоре после выхода фильма группа американских учёных объявила, что секвенировала ДНК пчёл из янтаря возрастом 120 миллионов лет. Большая часть исследователей усомнилась в этих результатах. В 1997 году команда из Музея естествознания в Лондоне повторила эксперимент, но в образцах фрагментов древней ДНК не оказалось.

Спустя 16 лет в Манчестерском университете использовали уже копал — неокаменевший янтарь. Учёные попытались выделить ДНК пчёл из двух его кусочков. Одному из них было около 10 тысяч лет, другому меньше 60 лет. Несмотря на новейшие методы и малый возраст образцов, следы ДНК всё равно не обнаружились. Почему? Часть исследователей полагает, что в янтаре насекомые теряют всю воду, плюс высокие температуры и давление — получается, янтарь не подходит для сохранения ДНК.

Зато совсем недавно, осенью 2021 года, китайские учёные исследовали клетки динозавра рода каудиптерикс возрастом около 125 миллионов лет. Эти окаменелости с северо-востока Китая отлично сохранились благодаря мелкому вулканическому пеплу, послужившему консервантом. Свою роль сыграла и кальцификация тела. Исследователи сделали срезы образцов, окрасили клетки и — о чудо! — в некоторых из них увидели ядра. Внутри оказались более тёмные вытянутые структуры — вероятно, конденсированный хроматин, то есть нити ДНК, намотанные на катушки белков-гистонов. Правда ли, что это ДНК динозавров, ещё предстоит выяснить, но у всех любителей древних ящеров появилась надежда.

Мама для мамонтёнка

Предположим, мы нашли подходящие клетки, секвенировали геном мамонта, отыскали в нём нужные участки и, применив молекулярные ножницы, отредактировали геном в клетке слона, вставив в него гены мамонта. А что делать дальше, мы подумали?

Да, подумали! Мы перенесём получившуюся изменённую клетку будущего слономамонта в тело суррогатной матери, индийской слонихи. Её гены совпадают с мамонтовыми на 99,6%, что делает их ближайшими родственниками. В матке слонихи оплодотворённая яйцеклетка превратится в зародыш. Беременность будет длиться долго, от 18 до 22 месяцев. А потом родится первый мамонтёнок — хочется верить, похожий на персонажа советского мультфильма. Лет за двадцать он превратится во взрослого мамонта, социализируется среди людей и слонов, обучится добывать еду и выживать.

Маловато мы знаем о поведении мамонтов, придётся действовать наугад. Итак, животное готово отправиться в большой мир, но что его там ждёт? Часть исследователей полагает, что ему будет лучше в зоопарке. Другая выступает за создание заповедников. Сам Чёрч считает, что дом для мамонтёнка уже создан — в России. Это заказник «Плейстоценовый парк» на северо-востоке Якутии, за Северным полярным кругом, там, где река Колыма впадает в Восточно-Сибирское море. Здесь, на Северо-Восточной научной станции Российской академии наук, уже больше 30 лет проводится эксперимент по воссозданию экосистемы мамонтовых степей плейстоцена. Главную роль в этом восстановлении должны сыграть завезённые в тундру животные.

Плейстоцен — эпоха ледниковых периодов, начавшаяся 2,5 миллиона и закончившаяся 12 тысяч лет назад. В это время крупнейшим биомом планеты была мамонтовая степь, напоминавшая плодородную саванну без жары. Сейчас Север — это леса и тундры. Но раньше их не было: всего лишь 15 тысяч лет назад большую часть территории нашей страны занимала мамонтовая степь — пастбище многочисленных животных, которые вытаптывали и удобряли почву. На станции с конца 1980-х живут создатель парка эколог Сергей Зимов и его семья.

Зимов хочет воссоздать природную среду, которая была в Сибири 10 тысяч лет назад. В парке на Колыме уже обитают якутские лошади, северные олени, лоси, овцы, овцебыки, яки, бизоны, зубры, козы, маралы. Недавно туда завезли верблюдов. В будущем к обитателям мира плейстоцена присоединятся хищники: волки и большие кошки. Охотники в парк не заглядывают благодаря «личным связям» Сергея, говорит его сын Никита. Все животные успешно поддерживают свои популяции, но как в эту картину впишется мамонт?

Мамонты спасут мир

За время работы Плейстоценового парка Сергей Зимов показал, что крупные травоядные способны за несколько сезонов превратить бесплодную тундру в богатые травой пастбища. Животные поедают траву, растаптывают снег, рыхлят почву, оставляя корни нетронутыми, помогают в распространении семян и круговороте питательных веществ. Интенсивный выпас стимулирует рост травы, а значит, и развитие всей экосистемы.

У проекта Зимова есть и другая задача — возможно, одна из важнейших для человечества. В плейстоцене мегафауна работала как живые бульдозеры. Животные полностью убирали снег в одних местах, а в других притаптывали. Теплоизоляция разрушалась, и температура глубоких слоёв почвы понижалась. Благодаря этому мерзлота не таяла и из-под земли не высвобождались углекислый газ и метан, то есть в атмосферу попадало меньше приводящих к потеплению парниковых газов. Сейчас мерзлота тает.

— Мерзлота — это громадный плоский ледник, который покрывает все равнины Севера, большую часть территории нашей страны, — рассказывает Зимов.— У нас на Колыме чаще всего он толщиной в несколько десятков метров и укрыт от жаркого летнего солнца тонким слоем почвы. Если это «одеялко» скинуть, летом мерзлота будет таять со скоростью двадцать сантиметров в день. На Севере большинство посёлков стоит на мерзлоте: здания, линии электропередачи, вся инфраструктура — таяние несёт очень большие риски.

А мерзлота тает. Повсюду проседают почвы, создавая непроходимый «лунный» ландшафт. Пока это беда северных жителей, но скоро проблемы появятся у всего мира: в мерзлоте спрятано огромное количество углерода. На Севере теплеет гораздо быстрее, чем, например, в Подмосковье. За несколько десятков лет средняя температура там поднялась на три градуса. А температура почвы — на все восемь, тогда как в Подмосковье — меньше чем на градус. Почва на Севере прогревается сильнее воздуха из-за снега, покрывающего её тёплым одеялом. За последние годы высота снежного покрова удвоилась, и мерзлота начала таять.

— Образовалась талая зона, в которой почва не промерзает всю зиму, — продолжает Зимов. — Проснулись голодные микробы, которых теперь очень трудно остановить. И это на самом севере самого холодного региона! У нас есть станция мониторинга за атмосферой — она уже сейчас показывает мощные выбросы углерода в атмосферу, хотя мерзлота только начала таять.

Большая часть органики сосредоточена в трёх верхних метрах мерзлоты. Чтобы они оттаяли, нужна всего пара лет. Если этот процесс начнётся по всей Сибири, поток углекислого газа будет больше, чем от всех заводов и автомобилей вместе взятых.

— Остановить таяние мерзлоты с помощью выпаса животных можно, и даже несложно, если взяться за это всерьёз, — уверен создатель Плейстоценового парка. — С мамонтами было бы легче, но мы и без них справимся. Даже если их удастся возродить, заниматься их интеграцией будут наши дети и внуки, ведь слон растёт долго, половая зрелость у него наступает в лучшем случае в двенадцать лет. Моя задача — начать, убедить, что попробовать стоит. На мой взгляд, все эти генетические эксперименты надо проводить не в Кембридже и не в Корее. Россия — родина слонов! Наша земля, наши корма — и слоны должны быть наши.

Да свершится антивымирание!

Предположим, мы в будущем. Сибирь снова заселена волосатыми слонами. Животные чувствуют себя хорошо, помогают экологии и привлекают толпы туристов. Работа выполнена, но что дальше? Удастся ли сохранить воскрешённый вид? Получится ли защитить его от повторного вымирания и истребления? Наконец, какое животное возрождать следующим?

Участники движения De-extinction («Антивымирание») тоже задаются этими вопросами. Они обсуждают как трудности воскрешения, так и проблемы возвращения животных в природу. Движение зародилось в 2003 году, когда европейские учёные воскресили пиренейского горного козерога, исчезнувшего за несколько лет до этого. Эксперимент закончился неудачей: детёныш погиб из-за недоразвитых лёгких вскоре после рождения, и вид вымер повторно.

Возникают и другие проблемы:

• Среда обитания может быть уничтожена. Непросто будет воскресить китайского дельфина, пока реки Китая загрязнены.

• Вымирающий вид не всегда удаётся спасти современными средствами. К примеру, последний самец белого носорога умер в 2018 году, а две оставшиеся самки стары для программы возвращения.

• Есть немало людей, считающих воскрешение видов аморальной затеей. Они обвиняют учёных в том, что те идут против природы и отвлекают внимание от реальной проблемы сохранения существующих животных.

• Ни одна из крупных организаций по охране дикой природы не вкладывает деньги в De-extinction.

Остаётся надеяться, что большой успех одной из программ изменит отношение общественности к этой идее. И вполне вероятно, это будет как раз программа воскрешения мамонта. Джордж Чёрч говорит о De-extinction и своей главной цели так: «Какой результат можно считать успехом? Возвращение взаимодействия между видами, которое исчезло с утратой одного из них. Если мы сделаем это, то восстановим и вернём к жизни утраченные экосистемы. На мой взгляд, именно это истинная ценность».

---

О мамонтах и людях

Профессор Гарвардского университета Аня Бернштейн изучает проект Чёрча и Зимова с точки зрения социальной антропологии и пишет о нём книгу. Мы расспросили Аню об учёных-воскресителях и «Антивымирании».

Как Джордж Чёрч пришёл к идее воскрешения мамонта?

История началась с футуролога и эколога Стюарта Бранда, который создал «Каталог всей Земли», выходивший в 1968—1971 годах, и фонд Long Now по планированию далёкого будущего. Он основал технологическое движение экопрагматиков и с несколькими соавторами написал «Манифест экопрагматика», призывавший использовать биотехнологии, геоинженерию и атомную энергетику для решения экологических проблем. И вот однажды Бранд связался с Чёрчем и спросил его о технологии CRISPR и потенциальном гибриде слономамонта. Чёрч ответил, что научных преград к этому нет, — так началось их сотрудничество.

Как американские исследователи узнали о Плейстоценовом парке?

У Стюарта Бранда есть талант рано узнавать про интересные вещи, которые со временем становятся важными. Он писал о Плейстоценовом парке ещё в 2008 году, когда ни в США, ни даже в России о нём не знали. Потом исследователи придумали, что туда можно поместить мамонта. Через несколько лет они познакомились с основателем парка Сергеем Зимовым, который отнёсся к идее с осторожностью. В 2018 году Чёрч, Бранд, я и ещё 9 человек отправились посмотреть парк. Помнится, Чёрч приехал в Сибирь с маленькой спортивной сумкой вместо чемодана. Экспедицию организовали два американских режиссёра, снимавшие документальный фильм о жизни Бранда.

Почему Сергей Зимов взялся за этот проект?

Если верить легенде, много лет назад Зимов-старший приехал в Арктику и остался едоволен местной флорой и фауной: «Одни комары и никого больше!» С тех пор он воссоздаёт настоящую, «дикую» природу, которая, по его мнению, была в позднем плейстоцене. Поначалу Сергей Афанасьевич не занимался темой климата — она возникла в какой-то момент в контексте парка. В этом интересы его и американских коллег совпадают.

В чём суть движения «Антивымирание»?

Это направление в экологическом движении противопоставляет себя зелёному экологизму. Его последователи ратуют за применение био и геоинженерии, полагая, что природу можно исправить с помощью технологий. Из-за этого «Антивымирание» часто критикуют СМИ и общественность. Некоторые видят в этом путь искупления грехов. Сам Бранд говорит лишь о «генетической помощи» в предоставлении видам новых мест обитания.

Как относится общественность к идее возвращения вымерших животных?

Первоначальная реакция часто бывает отрицательной: «Учёные заигрались в Бога», «У нас виды прямо сейчас вымирают, зачем вымершие возвращать?». Или традиционное: «Это отток денежных ресурсов, а у нас их мало». Задача учёных — преодолеть этот негатив. Судьба движения будет зависеть как от науки, так и от общественного мнения.

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» № 1 (50) 2022 г.