האם אפשר להחיות ממותות וחיות נכחדות אחרות
Miscellanea / / May 13, 2023
מסבירה מומחית דנ"א עתיקה בית שפירו.
בית שפירא חוקרת את ה-DNA של ממותות, דודו ומינים אחרים שנכחדו. ב"החיים שיצרנו", היא מסבירה כיצד אנשים קיימו אינטראקציה עם בעלי חיים לאורך כל קיומם: צדו אותם, בייתו אותם והגנו עליהם מפני הכחדה. ברשות קורפוס, אנו מפרסמים קטע מתוך הפרק "השלכות מיועדות" על האופן שבו מדענים מנסים להחיות ממותות.
רובנו העוסקים בתחום ה-DNA הקדום רגילים לשאלות על תחייתם של מינים שנכחדו – ככל הנראה בעזרת ביוטכנולוגיה. האם כבר עשינו את זה? לא? אז כמה קרובים מדענים לעשות את זה? האם אפשר בכלל להחיות זן שנכחד? איך תהליך ההחלמה? אני עונה אותו דבר כל הזמן - לא, עדיין לא, בקושי בזמן הקרוב.
יצירת עותק מדויק של מין נכחד היא בלתי אפשרית וככל הנראה לעולם לא תהיה אפשרית.
אבל יש טכנולוגיות שמתישהו כנראה יאפשרו לנו להחיות את מרכיבי המינים שנכחדו - תכונותיהם שנכחדו.
נניח שמדען יכול לשנות פיל על ידי הוספת פיסת DNA שהתעוררה במהלך אבולוציה ממותות ופילים יצמחו שיער ויפתחו שכבה עבה של שומן תת עורי, וכתוצאה מכך הם יוכלו לשרוד את הכפור הארקטי. אפשר לשנות את היונה עם הפסים כך שתדמה ליונת נוסע בצבע הנוצות ובצורת הזנב. אך האם הפילים והיונים המפוספסות הללו יהיו ממותות ויוני נוסעים אמיתיות? אני לא חושב כך.
למה אנחנו לא יכולים להחזיר מינים שנכחדו? יש אלף סיבות למה זן מוכחד קשה להחיות: ממורכבויות טכניות גרידא לשאלות אתיות על מניפולציה של מינים ו אתגרים סביבתיים הקשורים בצורך לשחרר מינים שקמו לתחייה לסביבה שבה לא היו, כנראה כבר עשרות אלף שנים. ניתן להתגבר על כמה בעיות טכניות (עריכת קו הנבט של ציפורים, השתלת עובר פיל באם שבויה), סביר להניח שאחרים לא ייפתרו אי פעם (שחזר את המיקרופלורה במעיים של הקרנף הצמרי שנכחד, מצא אם פונדקאית של סטלר פָּרָה).
קח, למשל, ממותות. אני מכיר שלוש קבוצות מחקר שעובדות כעת על שחזור ממותות. מתוכם, שניים הובלו על ידי Hwang Woo-seok מהקרן הדרום קוריאנית Suam Biotechnology Research Foundation והובל על ידי Akira Iritani מ. אוניברסיטת קינדאי ביפן - מבקשת לשבט ממותות, כלומר להחיות אותן באמצעות תהליך, שהתוצאה המפורסמת ביותר שלו הייתה הוּלֶדֶת דולי את הכבשה.
מכיוון ששיבוט מצריך תאים חיים, הוואנג מקווה למצוא תאי ממותה חיים ששרדו בפגרים קפואים, אשר כעת (הודות להתחממות כדור הארץ) מפשירים בסיביר נצח פרמפרוסט. [...] החיסרון של שיטה זו הוא שלא יכולים להיות תאים חיים בפגרי הממותה הקפואים, שכן תהליך ריקבון התאים מתחיל מיד לאחר המוות. עם זאת, קבוצת העבודה של Iritani מכירה בכך שסביר שלא יימצאו תאי ממותה חיים, ופונה למולקולריות ביולוגיה כדי להחיות תאי ממותה מתים, או לפחות להשיג מראית עין כזו של חיים שהם יכולים להיות שיבוט. התוכנית של איריטני היא לאלץ את החלבונים מהביצים עכבריםנועד לתקן DNA פגום, לשחזר DNA שבור בתאי ממותה.
בשנת 2019, Iritani ועמיתיו פרסמו מאמר המתאר כיצד הם ניסו לעשות זאת עם תאים מפגר ממותה שמור במיוחד בשם יוקה. מאמר זה הוכתר מיד בעיתונות הפופולרית כמבשר לתחייתה הקרובה של הממותה, אך נראה שהראיות רומזות אחרת. למרות שתאי יוקה השתמרו בצורה יוצאת דופן בהשוואה לאלו של ממותות חנוטות אחרות, חלבוני העכבר לא הצליחו במיוחד בתיקון ה-DNA של התא.
אי אפשר לשבט ממותות כי כל תאי הממותה מתים.
קבוצה שלישית שמקווה להחיות את הממותות מנוהלת על ידי ג'ורג' צ'רץ' ממכון וויס להנדסה ביולוגית באוניברסיטת הרווארד. מדענים מודים שלא ניתן יהיה למצוא תאים חיים של ממותות, בהתחשב בכך שהממותות האחרונות מתו לפני יותר משלושת אלפים שנה. עם זאת, צ'רץ' לא מסכים שזה מוציא את האפשרות לְהַחִיוֹת ממותות. הוא מדגיש כי לרשותנו עומד מלאי אינסופי של תאים חיים כמעט כמו ממותות - פילים הודיים - אשר ניתן לגדל במעבדה ולהפוך מכמעט ממותה לממותה מלאה עם כלים סינתטיים ביולוגיה. לשם כך השיקה צ'רץ' תוכנית לשימוש ב-CRISPR כדי להחדיר DNA לתאי פיל הודי. שינויים קטנים (אחד בכל פעם) עד שהגנום של התא מתאים בדיוק לגנום מַמוּתָה.
לפנות גנום פיל לתוך גנום הממותה היא משימה בעלת פרופורציות מרתיעה. הקווים המובילים לפילים הודים וממותות צמר התפצלו לפני למעלה מחמישה מיליון שנה. מכיוון ששרידי הממותה נשמרים היטב, מדענים שעבדו עם DNA עתיק הצליחו לשחזר מספר גנומים מהשרידים הללו בשלמותם. כשהשוו אותם עם הגנום של הפילים ההודיים, התברר שיש להם כמיליון הבדלים גנטיים.
כיום, אי אפשר לבצע מיליון שינויים ב-DNA של תא בבת אחת - אף אחת מהשיטות הקיימות לעריכת הגנום לא מאפשרת זאת. כדי לבצע כל כך הרבה שינויים יהיה צורך לשבור פיזית את הגנום לרסיסים רבים בו-זמנית, קטסטרופה פוטנציאלית שממנה לא סביר שהתא יתאושש. בנוסף, כל שינוי (או סט של שינויים) דורש מנגנון עריכה משלו, וניסיונות להעביר את כולם לכלוב בבת אחת יסתיימו ללא ספק בשום דבר טוב.
עד כה, הקבוצה של צ'רץ' מבצעת שינוי אחד או יותר בכל פעם, ומוודאת שהם בוצעו. בצורה נכונה, ולאחר מכן לוקח את התאים עם השינוי הנכון ומעביר אותם לסיבוב הבא עֲרִיכָה. בפעם האחרונה ששאלתי את צ'רץ' מה שלומם, הוא אמר שהצוות שלו הוסיף בערך 50 שינויים, החלפת חלק מהגנים בגרסאות ממותה, שמחקרים מראים שגורמים לממותה להיראות יותר כמו ממותה מאשר פיל. כיום, לצוות של צ'רץ' יש תאים חיים שאם ישבוטו, יכילו את ההוראות הגנטיות המשחזרות חלק מהתכונות של הממותה. אלה אינם תאי ממותה, אלא דמויי ממותה.
האם ניתן לשבט תאי כנסייה ממותה? טכנולוגיות השיבוט, במיוחד עבור חיות בית כמו כבשים ופרות, השתפרו משמעותית מאז 2003, אז נולדה דולי הכבשה. עם זאת, במקרה של סוגים אחרים, זמן רב מושקע בהבהרת כל הפרטים הדרושים: איך ומתי לאסוף ביצים, איך ליצור תרבות אידיאלית להתפתחות מוקדמת של עוברים, מתי להשתיל אותם עם פונדקאית אִמָא. והמכשול העיקרי הוא שלב התכנות מחדש, שבו התא הסומטי שוכח איך להיות תא מסוגו, והופך לתא מהסוג שיכול להפוך לחיה שלמה. שלב זה רק לעתים רחוקות נעשה נכון - כל כך נדיר ששיעור ההצלחה של ניסיונות השיבוט בקושי עולה על 20%, אפילו עבור מינים שמדענים משבטים כל הזמן.
פילים מעולם לא שובטו, בין השאר משום שאין שוק נישה לפילים משובטים.
שוק השיבוטים שלנו בֵּיתִי בעלי חיים גדלים. חברת הביוטכנולוגיה Boyalife Genomics בונה מפעל שיבוט בקר בטיאנג'ין וטוענת לכך היא תוכל לגדל מיליון פרות וואגיו משובלות בשנה כדי לענות על הביקוש הגובר לבשר בקר סיני. שׁוּק.
החברה של Hwang Sooam Biotech מוכנה לשכפל שלך כלבלב, וב-ViaGen Pets, שבסיסה בטקסס, יש להם כלב, חתול ואפילו אהובה סוּס. אבל מסיבה כלשהי, מעטים האנשים שמבקשים לשבט את הפיל האהוב שלהם.
כנראה שאי אפשר לשבט פיל. פילים הם בעלי חיים ענקיים עם מערכת רבייה ענקית בהתאם. זה מסבך שלבים קריטיים בתהליך השיבוט, כמו קצירת ביצה להעברת גרעינית. והחדרת עובר מתפתח לרחמה של אם פונדקאית, שכן קרום הבתולים בפילים הוא בין הריונות מתחדש (יש לו חור זעיר שאליו נכנס הזרע הזכרי, אבל עבור עובר פיל זהו מכשול משמעותי וכנראה בלתי עביר). פילים הודים הם גם זן בסכנת הכחדה, מה שאומר שאם הטכנולוגיה הזו עדיין לא מעבר ליכולות המדע, עדיף ליישם אותה לגידול פילים.
גם אם שיבוט פילים יהיה אפשרי מבחינה טכנית (ואתית), לא לגמרי ברור אם פיל אם יכולה לשאת ממותה תינוקת.
חמישה מיליון שנים הם זמן אבולוציוני ארוך, ומיליון הבדלים בין DNA זה הרבה. בעיקרו של דבר, ההבדל האבולוציוני בין ממותות לפילים הודים הוא בערך כמו בין בני אדם לבין שִׁימפַּנזָה. קשה לדמיין אם שימפנזה נושאת תינוק אנושי (ולהיפך).
קרה שאמהות פונדקאיות הצליחו לייצר גורים ממין אחר, כך שמרחק אבולוציוני לא יכול להיות פסק דין. כלבי בית הביאו לעולם גורי זאבים משובטים, ביתיים חתולים - גורי חתול ערבות בריאים, ופרה ביתית אחת ילדה גור גאור משובט בריא.
ניסויים אלה הוכיחו את מה שחשדו מדענים מההתחלה: ככל שהקשר בין שני מינים מתרחב, מעורבים בשיבוט בין-מינים, ככל שהסבירות להצלחה נמוכה יותר בכל שלב בתהליך שיבוט. עד כה, קרובי המשפחה הרחוקים ביותר המעורבים בניסוי מוצלח של שיבוט בין-מינים הם גמלים חד-דבשתיים ודו-דבשתיים (דרומדרי ובקטריאן), שדרכיהם האבולוציוניים התפצלו לפני כארבעה מיליון שנים.
למרות תקופה אבולוציונית כה ארוכה, בשנת 2017, גמל דרומדי ביתי הוליד גמל כפול דבשת משובט. זה מבטיח מאוד הן לגמלים בקטריאניים (הם כמעט הראשונים ברשימת היונקים הגדולים בסכנת הכחדה), והן לשימור. הטבע בכללותו, משום שהאירוע הזה עצמו מדגיש כיצד התקדמו טכנולוגיות שיבוט מתקדמות וכיצד מגוון המינים שניתן להציל באמצעות שיטות.
בשנת 2003 נולדה נקבת יעל איברי שלוש שנים לאחר הכחדת מינתה. ארבע שנים קודם לכן, קבוצה בראשות אלברטו פרננדס-אריאס, שכיום עומד בראש משרד הציד, הדיג וה אדמות ביצות של האוטונומיה הספרדית של אראגון, אספו את התאים של סיליה, הפרט האחרון של היעל הפירנאי, והכניסו אותם רֶגַע קְפִיאָהכדי לא לפגוע ב-DNA. ואז פרננדס-אריאס ועמיתיו בילו כמה שנים בפיתוח אסטרטגיה להחייאת עז ההרים. הם ניסו לקחת ביצים כדי לשבט את התאים של סיליה מעזי הרים אחרות, אבל חיות בר אינן רגילות לאנשים והן מעולות בבריחה, אז לְנַסוֹת נִכשָׁל.
למרבה המזל, היה קל יותר לאסוף ביצים מעיזים ביתיות. במקום ה-DNA של עז ביתית, המדענים הכניסו את ה-DNA של התאים הסומטיים הקפואים של סיליה לביצים, ולאחר מכן הושתלו 57 ביצים שעברו טרנספורמציה לאמהות פונדקאיות. תאים אלה היו הכלאים של עז ביתית ויעל פירנאי. שבעה עוברים הושתלו ונקבה אחת נולדה בחיים. למרבה הצער, לנקבה המשובטת הייתה אנומליה מולדת בריאותית, כנראה שנגרמה ממורכבות תהליך השיבוט, והיא מתה תוך דקות. ניסיונות להחיות את היעל האיברי מתאי סיליה הוקפאו, אך התאים עדיין מאוחסנים קפואים.
סביר להניח שמתישהו מדענים יוכלו לקודד מחדש את גנום הפיל לתוך גנום הממותה ולשכפל אותו כלוב על ידי שתילתו עם אמה הפיל, אולם התהליך עצמו יכול למנוע את תחיית הממותה התפתחות.
ממותה משובצת שנולדה לאם פיל (או הרחם המלאכותי המועדף על ידי ג'ורג' צ'רץ' כפתרון לבעיית שיבוט הפילים) כנראה תיראה כמו ממותה.
כמעט לכולנו מבין המכרים שלנו יש תאומים זהים, אז אנחנו מדמיינים כמה DNA משפיע על המראה החיצוני. אבל החברים התאומים שלנו אינם ניתנים להחלפה. יש להם חוויות חיים שונות, גורמי לחץ שונים, דיאטות שונות וסביבות שונות... בקיצור, הם אנשים שונים לחלוטין. האם תהיה ממותה שעברה את נתיב הפיל של התפתחות תוך רחמית, גדלה על ידי פילים, ניזונה ממזון פילים ובעלת מיקרופלורה של פילים קְרָבַיִם, להתנהג כמו ממותה - או שזה עדיין כמו פיל?
זה לא משנה, כמובן, אם המטרה הסופית שלנו היא ליצור פיל עם כמה תכונות ממותה, וזה כנראה מה שאנחנו רוצים. אבל אם אנחנו מתכוונים ליצור ממותה, אנחנו צריכים גם ליצור מחדש את כל בית הגידול של הממותה, מההתעברות ועד המוות. וגם הסביבה הזו, אבוי, גוועה.
הספר "החיים שיצרנו" מפריך גם מיתוסים על הנדסה גנטית. בית שפירא מספרת על האופן שבו מגמה זו משפיעה על ייצור בעלי החיים ועוזרת להגן על מינים בסכנת הכחדה מפני הכחדה.
קנה ספרקרא גם🐍
- האם האבולוציה ממשיכה? איך אנשים השתנו מאז דרווין
- "הישרדות החזקים": 10 המיתוסים המפורסמים ביותר על אבולוציה
- "הדבר העיקרי לחיים הוא המוות": ראיון עם האפיגנטיקאי סרגיי קיסלב