Když putovní holub Martha zemřel v zoo Cincinnati v roce 1914, začal konec krásné éry. Kdysi dominantní druh ve východní Severní Americe, putovní holubi obývali lesy v obrovských hejnech až několika miliard jedinců po desítky tisíc let, než vyhynuli. Pouhý počet těchto ptáků v kombinaci s jejich stravou založenou na semenech stromů z nich učinil jednoho z nejdůležitějších environmentálních inženýrů té doby a formoval dynamiku prostředí, na které se tyto lesy spoléhaly. Tyto ekosystémy nyní ztrácí biologickou rozmanitost, říká Ben Novak, hlavní výzkumný pracovník společnosti Revive & Restore.
"Když tento pták v roce 1914 zanikl, došlo k pochmurnému probuzení síly průmyslového lidstva zničit i ty nejhojnější přírodní zdroje," říká. Novak tedy ve spolupráci s Kalifornským institutem vytváří program Revive & Restore, program k obnově a návratu těchto druhů a opětovné osídlení jejich přirozených stanovišť pomocí běžných holubů a síly CRISPR.
Může být mrtvý druh vzkříšen?
Novák je součástí malé skupiny techniků vymírání, relativně velké skupiny vědců, kteří doufají, že genetické inženýrství použije k ochraně nebo oživení ikonických druhů zvířat, které byly zničeny lidskou činností.
Pro některé je vyhynutí (nebo vyhynutí) cestou vykoupení v ekologickém měřítku. Ano, biologická rozmanitost je důležitá, ale kdo může říci, že zaniklý druh se dokáže přizpůsobit a přežít v ekologickém systému, který se neustále mění a který se od jeho smrti změnil? Nebo co je důležitější, co když vzkříšená zvířata - v podstatě „mimozemšťané“na Zemi - způsobí našemu křehkému ekosystému více škody než užitku?
"Proč potřebujeme tento problém," zeptá se Novakův tým. V případě putování holubů je odpověď jednoduchá: V poslední době, téměř tisíciletí po zmizení lidí, jsme konečně pochopili klíčovou roli, kterou hráli při utváření východní severoamerické ekosféry.
V současné době vědci zjistili, že putovní holuby se objevily před více než 12 miliony let a byly mimořádně přizpůsobeny pro život v hustých hejnech. Nové poznatky společně se studiemi ekologie lesů jasně ukazují, že tito ptáci byli klíčovými inženýry dynamiky lesů.
Propagační video:
Tato ústřední role naznačuje, že putovní holuby jsou pro ekosystém mnohem důležitější než snaha o úspěšné oživení vyhynulých druhů. "Návrat putujícího holuba obnoví regenerační cykly dynamiky lesů, které potřebují desítky druhů, které se v současné době zmenšují a snaží se přežít," říká Novák.
De-zánik: Koncepty
Proces je dvoustupňový: zaprvé, vyhynulý druh musí být vzkříšen z mrtvých. Za druhé, musí být pečlivě zhodnoceno opětovné zavedení druhu do životního prostředí.
Podobné příklady již máme pro druhý krok, vysvětluje Novak. Znovuzavádění druhů do oblastí, kde byly odstraněny, je dlouhodobá věda a vědci již zaznamenali určitý úspěch: vlci v Yellowstone, los v Kentucky, bobři ve Skotsku. Konečným cílem je zvážit rizika, že se to nebo neudělá: co se stane s ekosystémem, pokud přestaneme zasahovat.
V případě putujícího holuba bude výsledek jeho znovuzavedení pravděpodobně neutrální - to znamená, že se stane dalším ptákem v lese bez měřitelného dopadu - nebo pozitivní na přežití jiných druhů.
V každém případě jsou šance ve prospěch Novaka.
Prvním požadavkem - oživit mrtvé - je zcela nová věda. Ale díky malému nástroji zvanému CRISPR může dojít k vyhynutí.
Zde je úlovek: Na rozdíl od Jurassic Parku se vědci nesnaží oživit zvíře na základě své DNA.
Tým používá přístup „najít a nahradit“: začněte běžným holubem, který chodí po městských popelnicích, a obsahuje geny specifické pro putovní holubů. Používáme nejbližší příbuzné - holuby s pruhovaným ocasem. Selektivní extrakcí genů ze zvířete tým doufá, že koncentruje nově inkorporované geny v potomstvu a tak pohání „živé náhražky“k holubům cestujícím na genetické úrovni.
S dostatkem generací můžeme získat zvědavé umělé druhy s DNA nerozeznatelnou od zaniklých zvířat. Ale to, zda se z hybridního zvířete stane potulný holub, je filosofická otázka.
To je strategie, po které se většina skupin pokouší oživit zvířata. Ale Novakův tým měl odpověď.
Například ve srovnání s dodo „existuje použitelná DNA, protože v muzeích a taxidermistických sbírkách je více vycpaných holubů než kterýkoli jiný pták,“říká Novák. Přidejte k tomu, že máme přístup k pruhovaným holubům a chápeme jejich reprodukční vzorce a dostanete, že „věda o vzkříšení by mohla získat všechny podněty a vytrvalost“.
De-zánik v praxi
Od roku 2012 tým Novak patrně dosáhl většího úspěchu než jakýkoli jiný projekt vyhynutí.
Za prvé, tým v řadě prací a spolupráce postupně odhalil důležitý dopad, který mají cestovní holubi na jejich ekosystémy, a odpověděl na dlouhodobou otázku, jak se jejich počet tak rychle zmenšoval z miliard na nulu. Ptáci se vyvinuli, aby se přizpůsobili životu ve velkých populacích. I když se pravděpodobně mohli zotavit z nízké genetické rozmanitosti, lidský lov dal do svého rakve poslední hřebík.
Společně tyto studie pomáhají přivést holuba zpět domů. Novak vysvětlil, že podle těchto výsledků musíme nejprve poskytnout pruhovaným holubům nezbytné mutace, které způsobí, že se budou reprodukovat stejným způsobem jako putující holubi, a mohli žít v hustých komunitách. Pak musíme dát ptákům úpravy, které potřebují, aby mohli účinně žít v prostředích s vysokou sociální hustotou, jako jsou rysy, díky nimž budou citlivější na společenské podněty, nebo rychlé zrání potomků, takže tráví méně času výchovou velkého počtu dětí.
Příchod CRISPR všechno změnil. Poprvé mají Novak a jeho tým přístup k relativně jednoduchému a levnému nástroji pro editaci genů, který jim umožní pracovat s DNA běžného holuba.
Zatím učinili několik přístupů k tomu, aby byl nástroj efektivnější. Nejlepší způsob je přímo upravit holubí sperma nebo vejce, protože tyto změny budou přeneseny na další generaci. Co je za problém? Vědci dosud nebyli schopni pěstovat tyto buňky ve zkumavce.
Dalším důležitým bodem je zavedení nástroje pro úpravu DNA - s nezbytnými nástroji - do embrya. Ale vědci se zde potkali také s problémy: museli se při dodávce sady nástrojů CRISPR spoléhat na viry. Výsledkem je, že obal je příliš velký na bezpečné vložení.
Aby se tyto překážky obešly, soustředil se Novakův tým na vytvoření zcela nové řady holubů, z nichž každá obsahuje genetický materiál, aby usnadnila editaci DNA.
CRISPR-Cas9 je dvoustupňový proces, vysvětluje Novak. Část CRISPR je skrytá v cílové DNA, zatímco Cas9 provádí řez. Ptáci chovaní s Cas9 v každé buňce mají ve svém těle v podstatě nějaký funkční nástroj pro editaci genů, což výrazně usnadňuje dodávání dalších základních složek.
"V příštích třech letech může svět vidět první genetiku putujícího holuba znovuzrozen v živých, dýchajících ptácích," říká Novak.
Pokud vše půjde podle plánu, v příštích dvaceti letech budeme svědky oživení vyhynulých druhů. Vzkříšeni budou také ptáci Dodo a vlnící mamuti. Dříve či později vyhynutí zůstane věcí minulosti - k lepšímu nebo horšímu.
Ilya Khel