Как в России пытаются воскресить мамонта

Российские ученые, отец и сын, на севере Сибири уже несколько десятков лет пытаются возродить пастбища ледникового периода. В идеале — с выращенными в лаборатории шерстистыми мамонтами (происходящими от слонов).

У этого процесса есть множество неизвестных. Сколько для этого потребуется генов? (лучше пытаться высечь скульптуру из камня, или слепить ее из существующих материалов?) Сколько врачей потребуется для создания одного животного? (то есть выращивания этих 200-килограммовых младенцев в искусственной утробе). И какие реальные плюсы от возвращения мамонтов может получить человечество?

Плейстоценовый парк находится в Восточной Сибири, к северу от Полярного круга, в 150 км от побережья Северного Ледовитого океана. Ближайший населенный пункт — поселок Черский с 2500 жителей (до него 32 км). Вокруг — сплошная лесотундра, которая все чаще в последнее время перемежается с болотами. Территория парка — 144 км2. По равнинам бродят бизоны, овцебыки, дикие лошади, яки и зубры.

Хотя название вызывает ассоциации с Парком Юрского периода, Никита, директор заповедника, в интервью The Atlantic три года назад объяснял, что это не туристическая достопримечательность и даже не проект по возрождению видов. А радикальный геоинженерный эксперимент:

Будет мило, если здесь будут бегать мамонты. Но мы не какие-то там сумасшедшие ученые, которые просто хотят сделать мир зеленым. Я пытаюсь решить более серьезную проблему изменения климата. Я делаю это для людей. У меня три дочери. Я делаю это для них.

Эпоха плейстоцена

Плейстоценовый парк назван в честь геологической эпохи, которая закончилась всего 12 тысяч лет назад, а началась на 2,6 миллиона лет раньше. Это время обычно называют ледниковым периодом, хотя с тем же успехом плейстоцен можно было бы назвать травяным периодом. Даже во время сильнейшего холода, когда ледники доходили до Средиземного моря, огромные участки планеты были покрыты лугами. В том числе — часть Берингии, территории на востоке России между Чукотским и Беринговым морем. В то время здесь проходили широкие зеленые и золотистые равнины. Холодная версия африканской саванны, в итоге названная Мамонтовой степью.

Численность зверей на Сибири до последних двадцати тысяч лет была очень велика. Одних мамонтов, по подсчетам, на крайнем северо-востоке было 40-60 тысяч. По свидетельству Санникова, верхний слой почвы на некоторых островах Северного Ледовитого океана полностью был сложен из костей древних животных.

Но когда ледниковый период закончился, зеленые луга исчезли — вместе с животными, которые их населяли. Причем вполне вероятно, что крупные травоядные пропали раньше травы. Скажем, из-за влияния каких-то приматов, которым очень понравилось их мясо.

Крупные мамонты всё еще жили на острове Святого Павла, маленькой точке в Беринговом море, примерно до 3600 года до нашей эры. А последние мамонты исчезли с острова Врангеля, чуть севернее текущей территории парка, около 2000 лет до нашей эры — правда, к тому времени из-за инбридинга это уже была карликовая разновидность.

История человечества как раз началась в плейстоцене. Как и слоны, мы вышли из Африки, и начали распространяться по планете похожими траекториями. Развиваясь, адаптируясь под условия своего проживания.

Меньше шести тысяч лет назад, во времена Древнего Египта, мы делили Землю с гигантскими мохнатыми животными. И, есть большая вероятность, не в последний раз.

Современный проект

Никита Зимов со своим отцом Сергеем пытаются вернуть луга и степи на север Якутии. Они хотят возродить экосистему Мамонтовой степи — вместе с вымершими существами, которые когда-то ее поддерживали.

Журнал Science в 2005 году опубликовал статью Сергея Зимова об исчезновении травоядных на севере и критических опасностях потепления в Берингии. Отчасти благодаря ему мы теперь знаем, что в арктической вечной мерзлоте хранится больше углерода, чем во всех лесах планеты, вместе взятых. Эту древнюю органику внутри земли, в отсутствии кислорода, микробы могут перерабатывать и в куда более опасный для планеты метан.

По оценкам Зимовых, если огромные стада мегафауны снова заселят Арктику, они тоже будут выбрасывать метан, но в куда меньшей степени, чем тающая мерзлота, и более постепенно. Сейчас за появление метана в атмосфере отвечают в основном такие травоядные, как коровы, олени и козы. У лошадей, свиней, мамонтов эмиссии в 4 раза меньше.

Парк плейстоцена был основан в 1996 году и сейчас уже в несколько раз превысил свои первоначальные масштабы, захватывая окружающие тундровые заросли и небольшие леса. Если экологи добьются своего, через несколько поколений плейстоценовый парк может распространиться по всей арктической Сибири и даже Северной Америке, что поможет замедлить таяние вечной мерзлоты в Арктике. Как мы теперь знаем, если этот замороженный подземный слой нагреется слишком быстро, он выбросит в атмосферу самые опасные в мире ускорители изменения климата, нанеся непоправимый ущерб людям и экосистеме планеты.

Плейстоценовый парк — практически единственный проект, как-то пытающийся бороться с этой угрозой. Только на бескрайних пустых просторах Сибири эксперимент такого масштаба может увенчаться успехом. И только если люди смогут поддерживать его на протяжении нескольких столетий. Эстафетная палочка между поколениями уже началась. Отец Никиты, Сергей, первым разработал идею Плейстоценового парка, прежде чем передать контроль над ним Никите. Сергей Зимов говорит, что, если у них получится, парк будет «крупнейшим проектом в истории человечества».

Десятилетиями Зимовы и их животные убирают деревья и кустарники в регионе, чтобы освободить место для возвращения лугов. Проводя эксперименты по уплотнению почвы, проверяя причины возникновения болот в местности и добавляя в парк новых животных.

Исследования показывают, что луга будут отражать больше солнечного света, чем леса и кустарники, в результате чего Арктика будет поглощать меньше тепла. А зимой невысокая трава и вытоптанный животными снег будут обеспечивать отличную изоляцию, позволяя сезонным морозам проникать глубже в земную кору, охлаждая замерзшую почву под ней и запирая самые опасные залежи углекислого газа в мире глубже в их хранилище.

О том, как в парке проверяли, что это действительно работает, что сейчас происходит с российской Арктикой, как просаживается грунт и возникают непрерывные струи газовыделений, на Хабре есть здесь.

Помимо экологического, у проекта Плейстоценового парка есть еще и большой экономический потенциал. Россия — страна с экстремальным климатом, большая часть которой непригодна для ведения сельского хозяйства (60 % территории России — вечная мерзлота). Как показывает опыт африканских заповедников, африканская саванна (единственная сохранившаяся сегодня на Земле полноценная экосистема «плейстоценового» типа) имеет во много раз более высокую биологическую продуктивность, чем скотоводческие хозяйства, размещенные на той же площади.

Если заполнить парк крупными травоядными, способными держать под контролем кустарники и деревья, можно создать ландшафты, характерные для мамонтовых тундростепей. Что должно привести к возрождению былого продуктивного травяного покрова.

Но найти современных достаточно крупных травоядных, способных менять под себя ландшафты, — сложная задача. Просто потому, что их осталось так мало. Когда современные гомо-сапиенс вышли из Африки около 70 000 лет назад, мы делили эту планету с 30 видами наземных млекопитающих, которые весили более тонны. Из этих животных сейчас остались только слоны, бегемоты, жирафы и носороги.

Зимовы уже начали импортировать в свой парк больших травоядных, минимум по два, как в ковчеге. Сейчас на территории парка живут якутские лошади, северные олени, лоси, овцы, овцебыки, яки, зубры и маралы. Их держат в форме росомахи, лисицы, песцы, бурые медведи и рыси. Планируют завезти устойчивых к холоду канадских кугуаров.

В 2006 году, после долгих переговоров, в Якутию привезли стадо из 30 молодых лесных бизонов, подаренных правительством Канады. Но по решению правительства Якутии их поселили не в плейстоценовом парке, куда они первоначально должны были быть направлены, а в парке «Усть-Бутома», расположенном южнее.

Поэтому вместо американских лесных бизонов весной 2011 года плейстоценовый парк пополнился европейскими зубрами. Из 5 животных первую зиму пережил только один самец. Он успешно живет там по сей день.

В июне 2017 года в Плейстоценовый парк завезли 10 домашних яков из Иркутской области. В июне 2019 года — 12 степных бизонов с датской фермы.

Предполагается добавить мамонтов, способных наиболее эффективно менять под себя ландшафт, и шерстистых носорогов, которые смогут сдержать натиск деревьев и вернуть традиционную тундру. А потом, в идеале — завезти в парк пещерных медведей, амурских тигров и пещерных львов, которые будут держать популяцию травоядных под контролем и заставлять их переходить с места на место, не задерживаясь подолгу на одном пастбище и не истощая ресурсы почвы.

Как воскресить мамонта

На самом деле, задача может показаться простой. Достаточно посадить ДНК мамонта в яйцеклетку слонихи! Искусственное оплодотворение делают уже десятки лет. Первому человеку, зачатому в пробирке, недавно исполнилось 43, и эта женщина прекрасно живет в Манчестере. А мамонты — это всего лишь волосатые слоны, только в два раза более крупные и способные жить при температуре -20 ºС.

При этом шерстистый мамонт вымер не так давно. Люди в Сибири до сих пор периодически натыкаются на замороженные останки мамонтов с неповрежденными плотью и мехом. Некоторые ученые надеялись, что одна из этих туш может содержать неповрежденную клетку, пригодную для клонирования.

Но, в отличие от идей из Парка Юрского периода, реальное ДНК умершего животного быстро распадается. Даже если вечная мерзлота избавит клетку от хищных микробов, космические лучи за несколько тысяч лет превратят генетический код в нагромождение нечитаемых фрагментов.

Для создания из ископаемой ДНК генетического материала, пригодного для клонирования, нужно будет сначала реконструировать полную последовательность по сохранившимся отдельным обрывкам цепочек нуклеотидов, потом — восстановить последовательности нуклеотидов на повреждённых участках, а затем на основе полученной последовательности собрать «рабочую» молекулу ДНК. Современным технологиям до такого очень далеко.

Можно разрыть всю Землю, и не найти мамонтовую клетку с хорошо сохранившимся ядром, которое можно было бы прочитать и использовать. Но, к счастью, этого может и не понадобиться.

Миллион лет назад шерстистых мамонтов еще не существовало. Генетические материалы слона и мамонта различаются очень незначительно. И сравнительно небольшие изменения слоновой ДНК (с помощью сохранившейся ДНК мамонта) могли бы воскресить крупнейшее животное плейстоцена.

Было замечено, что азиатские (индийские) слоны в зоопарках не боятся снега, и даже любят делать своим хоботом снежки. Если немного изменить геном таких слонов, как природа изменила их предков за сотни тысяч лет, можно создавать своих собственных мамонтов.

Именно этим занимаются генетик Джордж Черч и группа ученых из его гарвардской лаборатории. В 2013-м он повстречался с Сергеем Зимовым на конференции по борьбе с вымиранием в Вашингтоне. А в начале 2014 года, используя crispr, технологию редактирования генома, они начали работать с ДНК азиатского слона, превращая ее в ДНК мамонта. Для этого им, в числе прочего, нужно:

• обеспечить выработку холодостойкого гемоглобина;
• добавить слой изоляционного жира на все тело;
• уменьшить выразительные уши слона, чтобы они не замерзли на арктическом ветру;
• попытаться покрыть все тело животного толстым мехом.

К октябрю 2014 года Черчу и его команде удалось отредактировать 15 генов азиатского слона. К 2018-му — они настроили еще 30. И говорят, что в сумме потребуется изменить только 50, чтобы закончить работу.

Конечно, даже если он изменит сотни генов, у Черча не получится сделать идеального мамонта. Это будет только «азиатский слон 2.0», способный выжить зимой в Сибири. Но это сможет снова запустить процессы естественного отбора, которые дальше отшлифуют детали.

Например, шерсть мамонта была длиной до тридцати сантиметров. Но для целей Черча и Зимовых подойдет и более короткий мех. В свое время якутским диким лошадям потребовалось меньше 800 лет, чтобы отрастить длинную шерсть после того, как они вернулись в Арктику. На севере Якутии сегодня могут быть идеальные условия для холодоустойчивых слонов: минимум хищников, полное отсутствие людей, и бескрайние просторы, на которых можно питаться чем угодно.

Черч говорит, что редактирование генов — это простая часть. Куда сложнее — собрать отредактированные клетки в эмбрион, который доживет до срока рождения. В основном потому, что о суррогатном материнстве здесь не может быть и речи. Азиатские слоны — вымирающий вид. Мало кто из ученых хочет рисковать экспериментами с ними. А утроба никакого другого животного не годится. Поэтому эмбрионы должны будут выращиваться в специально созданной среде. Скорее всего, сначала в крошечном мешочке из маточных клеток, а потом в резервуаре размером со шкаф, где плод может вырасти в полностью сформированного мамонтёнка.

Вес новорожденных слонят сегодня — 90-120 кг. У мамонтёнка он может быть до 200 кг.

Никто пока не смог довести млекопитающее до срока рождения в искусственной среде. Воспроизведение связи между матерью и ребенком, с точно рассчитанным высвобождением нужных гормонов в течение всего периода, находится за пределами досягаемости современных биотехнологий. Но некоторые успехи в этом направлении есть. В марте этого года ученые впервые смогли успешно выращивать и развивать мышей в искусственной среде на протяжении 11-12 дней — больше половины 20-дневного срока беременности. Для этого ученым потребовалась машина, состоящая из инкубатора и системы подачи кислорода, которую они разрабатывали семь лет.

Правда, для доведения эмбрионов до полного срока машина должна быть еще сложнее. На определенном этапе им требуется доступ к запасу крови. Обычного питательного раствора уже не хватает. Это следующая техническая задача, которую команда планирует решить. Один из вариантов — искусственное кровоснабжение, которое может подключаться к плаценте мышат. А брать кровь можно у мамы или у взрослых мышей, обладающих нужными характеристиками. Например, у них, как и у нас, 4 группы крови (у собак их 10, у кошек 3, у свиней 17, у кур 14, у слонов — предположительно, тоже четыре).

Черч надеется, что через три года он сможет выращивать мышей в лаборатории. Хотя у слона беременность длится 22 месяца — самый длинный период среди всех млекопитающих. И это будет дополнительный огромный скачок в сложности.

Но по сравнению с проектами по распылению химических веществ в атмосфере или в океане, выращивание мамонтов в пробирке для замедления глобального потепления — это еще один из самых естественных, и даже довольно простых вариантов. Никита и Сергей Зимовы говорят: они всего лишь хотят поместить животных там, где они всегда были. И легко существовали бы сейчас, если бы мы не вмешались.

В конце концов, в самый знаменитый парк США, Йеллоустоун, с его огромной популяцией гризли, волков и бизонов, тоже регулярно завозят животных, которых там не было много лет. Они не считают это манипуляцией с природой. А наоборот — возвращением всего к своему естественному состоянию, которое требуется для нормальной жизни всех других организмов.

Подробнее:

• О том, почему российский север нужно спасать, и что происходит с землей в отсутствии мамонтов

• История путешествия по парку от The Atlantic

• Об экологии и животных мегафауны парка — статья в Википедии.

• Большое видео о жизни парка (на английском).