Arbeidet med å gjenopplive utdøde arter kan kaste en ny tid for hybrid


WASHINGTON, DC-En fugl som en gang mørknet skien fra 1800-tallet, eksisterer ikke lenger, bortsett fra så velbevarte museet som bærer biter av DNA. En ambisiøs ny innsats tar sikte på å bruke de nyeste teknikkene for genetisk manipulasjon for å bringe passasjerduven tilbake, da North Dakotan Ben Novak, en vitenskapelig utødelig forsker som arbeider på Revive & Restore-prosjektet på Long Now Foundation, fortalte publikum på TEDxDeExtinction hendelsen her 15. mars. &qu

WASHINGTON, DC-En fugl som en gang mørknet skien fra 1800-tallet, eksisterer ikke lenger, bortsett fra så velbevarte museet som bærer biter av DNA. En ambisiøs ny innsats tar sikte på å bruke de nyeste teknikkene for genetisk manipulasjon for å bringe passasjerduven tilbake, da North Dakotan Ben Novak, en vitenskapelig utødelig forsker som arbeider på Revive & Restore-prosjektet på Long Now Foundation, fortalte publikum på TEDxDeExtinction hendelsen her 15. mars.
"Denne [pigeon flokken] var en biologisk storm som forynget ressurser og tillot andre dyr å trives, " sa Novak om stormen av Ectopistes migratorius avføring som pleide å falle som regn på landskapet i Øst-Nord-Amerika. Pluss, med gjenveksten av skog på østkysten "er det flere passasjerduer habitat hvert år."
Men hvis en fugl ser ut som en utdød passasjerduve, har noen av passasjeduvenes genetiske kode, men fungerer ikke som en passasjerduve fordi den er oppdratt av andre raser og få i antall: er det en ekte passasjerduve? Det er bare ett av spørsmålene som er utgitt av ideen om utryddelse - bevisst gjenoppbyggende arter drept av menneskelig aktivitet eller inaktivitet. Og det spørsmålet kan bare utfordre et av de grunnleggende begrepene i biologi: hva bestemmer en distinkt art.
Velkommen til den nye æra av hybrid. Arter har alltid vært promiskuøse og hatt porøse grenser, men syntetiske biologer og andre forskere ser ut til å utrydde disse grensene ut av eksistensen.
Beskyttede dyr
Den bison som nå repopulerer de vestlige slettene i USA bærer de genetiske sporene av sine storfeforebyggere, rester av et forsøk som begynte på 1800-tallet for å avle et dyr som kunne overleve de brutale Great Plains-vintrene og drikke mindre vann enn europeiske kyr. Wolver som løper gjennom det vestlige landskapet med svarte strøk istedenfor den tradisjonelle gråen, kan takke forfedre som ble friske med hunder. Og gjør en Florida panter som bærer gener fra Texas Cougar, som mindre av en panter, selv om innsatsen er alt som står mellom arten og utryddelsen?
"Renhet er ikke funnet i arter, " hevdet Kent Redford, en bevaringsbiolog og tidligere sjefforsker ved Wildlife Conservation Society ved DeExtinction-hendelsen. "Vi er ikke rene selv", og bærer spor av genetisk blanding med Neandertals, Denisovans og kanskje andre utdøde hominider.
Så hva teller som en art da? Per ordboken er en art "en klasse av individer som har felles attributter eller utpekt av et felles navn." Men biologer teller mer nøyaktig arter som en gruppe organismer som kan krysse for å produsere fruktbare avkom. Så hesten og eselet er arter, selv om de ikke er deres artenavn, og muldyren, vel, det har vært litt uklart siden Carl Linnaeus kom opp med arten betegnelsen i 1753. Som en (vanligvis) steril hybrid, muldyr teller ikke.
Men muldyr gjør det sikkert, og tilfeller av mulefruktbarhet har blitt rapportert fra antikken til nåtiden. Muldyr har selv blitt klonet - og nå, med utviklingen av teknikker for å kutte og spleise DNA nesten på vilje, kan forskere kunne remake muldyret til en fruktbar hybrid. Men først vil de heller bruke teknikken til truede eller utdøde dyr, som den pyreneanske ibex kjent som bucardo eller den asiatiske villkreaturen som heter banteng.
Stigning av hybrid
Når et nytt dyr er født, bærer det en blanding av begge foreldrenes genetikk. Så hva er da et dyr som har foreldre fra to forskjellige arter? Begrepet hybrid ble først brukt til å beskrive avkom av en tettså og en villsvin. Eller, som Redford sa det, "noe folk ønsket." Men nå har hybrider ofte en språklig smak, hverken fisk eller fugler - nesten like ille som en genetisk modifisert organisme, som selvsagt alle kommersielle arter nå er i en eller annen grad.
Men renhet eksisterer fortsatt i naturen. Eller gjør det? Trafikkulykker har forårsaket at svelge vinger forkortes for å muliggjøre raskere start, akkurat som fisketrykk har ført til at mange villfangede fiskearter krympes i størrelse. Bakterier utvikler seg raskt motstand mot våre beste antibiotika. Mennesket styrer evolusjon ubevisst - unntatt når vi gjør det bevisst, introduserer nyttige suiter av genetisk informasjon som evnen til å produsere et giftig giftig stoff for insekter som er satt inn i planteplanter som opprinnelig ble produsert av en bakterie.
Med rå teknologi som kloning, hvor en hel cellekjerne byttes fra en art til en annen, har dette allerede blitt gjort for å gjenopplive en truet art. En vanlig ku fødte en banteng-bosjavanicus, en art av villkyr fra Asia-i 2003. Selv om de involverte forskerne var bekymret for at hybriden kunne se ut som en vanlig ku, slo han ut en banteng som bodde i San Diego Zoo i syv år-en redusert levetid, men et liv likevel. "Det var surrealistisk å se dette eksotiske dyret fra junglene i Sørøst-Asia, født i et Iowa-felt som reeked av ku-gjødsel, " minnet Robert Lanza av Advanced Cell Technology, selskapet som bidro til å oppnå prestasjonen.
Nå kan nye teknologier som et enzym som nettopp kan kutte DNA, kjent som Cas9 (for klynget regelmessig interspaced kort palindromisk gjentagelsesassosiert system 9) og også avledet fra en bakterie, gjøre det mulig for forskere å sy DNA-strengene inn og ut av den genetiske kode. Finn genene som gjør en mammut forskjellig fra en elefant-si, sebaceous kjertler, hårvekst, ekstra hemoglobin i blodet for å motstå kalde temperaturer, blant andre egenskaper - sett dem inn i en streng av elefant DNA, og begynn å lage mammut sæd og egg. Deretter impregnere mammutens nærmest levende slektning, den asiatiske elefanten, og vent på at en baby mammut blir født.
Bare det vil ikke være en ekte mammut, fordi moren har noe å si om hvordan disse genene uttrykkes, fra epigenetikk til mikrobiomet. "Et gen forteller deg ikke hvordan du leser det og lager en organisme, " bemerket biolog David Ehrenfeld fra Rutgers University ved DeExtinction-hendelsen. "Den genetiske koden er mer som en database enn en bruksanvisning." Med andre ord, selv den beste genetiske transkripsjonen - noe som fortsatt ikke er tilgjengelig for mange utdøde dyr og planter - vil ikke gi den detaljerte kildekoden som trengs for å bygge versjon 2.0 av den utdøde organismen. Han la til: " Hamlets ord er i ordboken, men hvis jeg skanner ordlisten, faller Hamlet ikke ut av det. En streng av DNA kan leses i hundrevis eller tusenvis av måter."
Og så er det fare for folks favoritisme som kan føre til at noen artefakt "arter" overhenger. "Hvem ville ha drømt om at geneteknikk i landbruket ville redusere jordbrukets biologiske mangfold? Vi mistet titusenvis av genomets mangfold fra planter, " la Ehrenfeld til. Som han bemerket, er det vanskelig å forutsi den ultimate effekten av en gitt teknologi.

Ulike arter, forskjellig økologi
Da han var bare 13, lanserte Novak allerede et prisbelønt vitenskapsmessig prosjekt som beskriver utsikterna for kloning av dodo og bringe det tilbake til livet. Selv om dette prospektet har vist seg å være unnvikende, forblir hans lidenskap for å bringe tilbake utdøde fugler uendret. Han håper nå å tilbringe sitt profesjonelle liv for å bringe tilbake en versjon av E. migratorius, en fugl en gang så mange i USA at ingen plaget å telle dem til befolkningen hadde kollapset i slutten av 1800-tallet.
Hindringene er mange. "Vi kan ikke klone fugler, " sa utviklingsbiolog Michael McGrew fra Edinburghs universitet ved arrangementet. Problemet er at en fugls eggeplomme utgjør en enorm celle. Bytte kjerne i denne skalaen har vist seg umulig, til dags dato, ifølge McGrew.
Men det er likevel grunn til at Novak håper. For å hjelpe til med biosikkerheten i kyllingeggene, bygger menneskeheten på å produsere vaksiner (så vel som å spise), har stamceller fra høner blitt satt i et and-embryo som ble oppdrettet som en voksen med en kylling. De resulterende eggene produserte levende kyllinger, prinsippet om at selv om fugler ikke kan klones, kan de bli laget for å bære gener av andre fugler, potensielt inkludert utdøde seg. Med nok ryggavl, hvor fugl etter fugl er avlet sammen for å utlede en mer fullstendig versjon av den ønskede genetiske koden, kan passasjeduvenes nærstående, den bandtailed duen ( Columba fasciata ) bli laget for å legge egg som resulterer i passasjer Pigeon avkom, en generasjon erstatning.
"Avl [passasjerduven] er den største tekniske utfordringen, " sa Novak. Men det "pales i forhold til å gjøre dette til en naturlig passasjerduve." Tross alt, hvem vil lære denne romanen babyfuglen å fly-eller alle de andre rollene som foreldrene til en bestemt art spiller?
Novaks løsning for den utfordringen begynner med å male husholdningsduer-lure enda en duespes i esker og airbrushing dem for å se ut som passasjeduver - samt bygge aviaries i skogen i Øst-Nord-Amerika for å beskytte de få, sjeldne, nylige ikke- utdøde fledglings fra rovdyr som falker. De malte homingduene ville føre den nyopprettede passasjerduvenes erstatning ung fra spot til spot som trent av menneskelige håndtere, teoretisk gjenskape flitsende oppførsel av de utdøde flokken. "Til slutt, vi ville oppleve passasjeduven gjenoppdage seg i skogene i New England og de store innsjøene, " hevdet Novak.
Men vil de fuglene være de samme som deres forfedre? "De bandedduene flyr annerledes, har det ulikt, har forskjellige mål, " sa Ehrenfeld om de nye passasjertyvens fortalte foreldre, og la til at viktige trekk vil bli fortapt for denne nye hybridverdenen. Ikke minst som vil være det faktum at selv noen få tusen artefaktduer fortsatt ikke ville matche de rene tallene til deres genetiske forfedre eller til og med håper å oppfylle den rollen de en gang hadde spilt i de forløpte skogsøkosystemene i et tidligere Nord-Amerika.
Selv rene tall ikke klarte å beskytte den rike fuglen mot å gå utdød under jakttrykk, tapet av sin habitat som bønder fjernet østlige landområder av trær, og terminalen gikk ned da befolkningen falt under en viss grense. Den østlige skogen er heller ikke den samme som passasjerduven visste før de gikk utdøde. Mens skogsdekselet har gått tilbake siden 1920-tallet, er den amerikanske kastanje i stor grad borte - et offer for en soppblight som nesten eliminert det en gang rikelige treet. "Hvis du skal bringe tilbake arter som passasjerduen, hva fører du dem tilbake til?" spurte skogsforsker William Powell fra State University of New York College for miljøvitenskap og skogbruk ved DeExtinction-samtalene. "Du vil kanskje ta med kastanje før noe annet."
Powell jobber med genetisk prosjektering, en versjon av den amerikanske kastanjen for å være motstandsdyktig mot soppen - men selv den nye versjonen vil være en slags hybrid, som bærer ny genetisk informasjon, enten avleset fra den relative den kinesiske kastanjen eller settes helt inn av forskere som Powell.
Deretter er det risikoen, som for eksempel de gjenopprettede flokker av hybridpassasjeduver som er en ny måte å spre fugleinfluensa på. "Passasjerduven kan være vektoren for en forferdelig sykdom, " sa Hank Greely, en bioetikist og advokat ved Stanford Law School på arrangementet. "Ingen ønsker å være ansvarlig for en avansert versjon av kudzu eller stikker til fugler, starlings."
Hvis folk ikke liker squawking, flocking starlings som tygger opp landskapet, hva vil de tenke når et regn av dukkefjerning begynner å falle på dem?
Unike kjæledyr
Å frigjøre eventuelle erstattede hybridarter tilbake i naturen for å erstatte en utdødt art eller øke tallene for en truet art ville være en annen form for eksperiment som krever oppfinnelsen av en helt ny gren av vitenskapen, kalt "oppstandelsesøkologi" av Stanley Temple, en økologiske professor emeritus fra University of Wisconsin-Madison. "Vi må tenke nøye før sabertandenkatten er ute av posen, " bemerket han.
For eksempel vil trykket som fører til utryddelsen av den opprinnelige arten i utgangspunktet være borte, enten det er jakt, i tilfelle av thylacinen (Tasmanian tiger) eller habitat tap, i tilfelle av elfenben -billed speil. Kandidatarter for hybridutskiftninger må også veies av spesifikke kriterier som kan omfatte (for fugler som passasjerduven, for eksempel) relativt nylig utryddelse, minimal foreldreomsorg, lite eggstørrelse og ikke-migrerende vaner. "Hvis du bare har en eller to og de flyr bort, skal du gråte, " opplyste ornitolog Susan Haig fra US Geological Survey.
Mer fundamentalt er forskerne fortsatt usikre på hvorfor endringsforholdene kan føre til at en art forsvinner mens en annen tilsvarende tilpasset art blomstrer eller endrer seg med tiden. For eksempel, da istiden avsluttet, "hvorfor blir noen arter som hule løven utdød mens caribou trives i dag?" spurte Beth Shapiro, en evolusjonær biolog ved University of California, Santa Cruz.
Det er også spørsmålet om en så kostbar innsats for å gjenskape og gjeninnføre en engang utdødt art kunne avlede midler fra pågående bevaringsarbeid for å redde arter som fortsatt eksisterer, men reduserer raskt. Og den relative utgiften til dette prosjektet betyr at den kan finne sin første gang å skape forherlige kjæledyr, som de sjeldne dyrene i dyreparker. "Hvis det ikke hadde vært ulovlig å holde thylacines som kjæledyr, så ville det bli utryddet nå?" spurte paleontologen Michael Archer fra University of New South Wales, som forsøker å gjenopplive buktpigeren. "Jeg er positiv det ville ikke."
Biologisk kontroll
"Ved slutten av dette århundret vil vi ha mye mer kontroll over livet enn vi noen gang drømte, " sa Greely på arrangementet - og det synes å være sant, en eller annen måte.
Men kontroll er nesten like vanskelig et konsept når det gjelder naturvitenskap som art. Den nyutviklede hybridartene må være mer genetisk pansrede mot årsakene til deres utryddelse, som for eksempel amerikanske kastanjer eller opprørte magespirende frosker som er tweaked for å motstå sopptrusler. Forskere vil gjøre en langvarig forpliktelse til bestemte arter, som boosterskudd mot West Nile virus som veterinærer fortsatt dispenserer til alle fange og pseudo-wild California condors eksisterer. "Det er et ganske viktig oppdrag vi må gjøre, " sa fugleregulatoren Michael Mace i San Diego Zoo. En lignende innsats kan være nødvendig for å få tilbake en ny versjon av Hawaii O'O fugl, hvis levested fortsatt eksisterer, men er nå plaget av aviær malaria at en ny hybridfugl kanskje ikke overlever.
Mer filosofisk: Er de-utryddelse et prosjekt på jakt etter noe kunstig stasis, mer vanlig kalt en "naturbalanse", som aldri har eksistert? Skal vi gjøre naturen til et godt kurert museum av artefakt skapninger mens vi lar andre, mindre glamorøse arter synke og forsvinne? Eller vil denne nye teknologien bli brukt til å bevare de artene som utfører en kritisk funksjon, som de villbier som pollinerer mange forskjellige arter av planter?
Og hvordan har vi endret seg? Carolina-parakitten døde i 1918 fordi den forstyrret avlinger og hadde den uheldige oppførselen av å flocke til fallne kamerater, slik at jegere kunne decimere befolkningen. "Det vi har igjen er anger og gjenstår, " bemerket naturkunsten Isabella Kirkland. Denne angeren kan føre oss til å bruke resterne for å gjenopplive tapt planter og dyr, om enn i en ny hybridform.
Novak, for en, håper at det med nok penger og besluttsomhet kan bli en levende hybrid passasjerduve skapt innen et tiår, en slags andre komme av E. migratorius . "Vi har ikke utdødte arter brakt tilbake til livet enda, " sa miljøvernist Stewart Brand, en oppsigter av Revive & Restore, som håper å ta tilbake passasjeduven, "men det kommer snart." Vi vet bare ikke hvilken art de vil være.

Transport nå Rivals Power Generation som CO2 KildeNår jorden var en snøball: Globale isbreer kan ha sparket evolusjonær brastFor National Security, få av oljeHva skjer med bevissthet når vi dørForskere sliter med å utvikle nye behandlinger for SepsisBrain Beauty: The Art of NeuroscienceDelfiner husker en annen i flere tiårFortsatt nødvendig: En klimaplan - Ser Past Cap and Trade [Utvidet versjon]