Чтобы продолжить упорное движение к цели на втором этапе, в ходе которого животных выпустят в дикую природу, нам нужно ответить на три вопроса. Во-первых, как много особей понадобится, чтобы образовалась здоровая популяция животных воскрешенного нами вида? Во-вторых, насколько велико должно быть генетическое разнообразие в этой популяции, чтобы она смогла себя поддерживать? Наконец, где и как должны расти и воспитываться эти животные, чтобы в конечном итоге их можно было выпустить в дикую природу?
Существует несколько способов создать жизнеспособную популяцию особей с отредактированными геномами. Если технология редактирования генома не станет существенно эффективнее, вероятно, в результате мы получим всего одну клетку, содержащую все требуемые генетические изменения. Мы можем сделать из нее больше одного животного, вырастив колонию идентичных клеток (зачастую такие колонии называют клеточными линиями), а затем использовать их для клонирования путем ядерного переноса. Единственный недостаток такого подхода состоит в том, что все эти животные получат идентичный набор генов и, следовательно, в нашей популяции не будет никакого генетического разнообразия. Другой вариант заключается в том, чтобы скрестить генетически модифицированных особей с особями, гены которых не редактировались. Такой подход увеличит генетическое разнообразие, но может привести к потере генетических изменений, над которыми мы так тяжело работали. Третий вариант состоит в том, чтобы начать с нуля и внести такие же изменения в геномы клеток, взятых у другой особи. Это также увеличит генетическое разнообразие, однако в результате у нас может не получиться организм с таким же или хотя бы приемлемым для нас фенотипом. Поскольку каждый геном индивидуален и все гены в нем взаимодействуют друг с другом, изменения, которые привели к появлению требуемого фенотипа в одной клетке, могут не привести к тому же результату при работе с геномом другой клетки.
Учитывая, как сложно будет создать даже одну особь с отредактированным геномом и то, что создать вторую тем же путем будет ничуть не проще, возможно, нам стоит сделать шаг назад и спросить себя, действительно ли генетическое разнообразие необходимо для выживания популяции.
Ответом будет «вероятно».
Генетические различия между особями лежат в основе адаптивной эволюции. Если бы у всех представителей популяции был один и тот же генотип, то у них также был бы одинаковый или очень похожий фенотип. У всех были бы одинаковые шансы на выживание и размножение. Разумеется, у всех также были бы одинаковые шансы не выжить. К примеру, если по популяции прокатывается болезнь, все окажутся одинаково уязвимыми перед ней. Если окружающая среда внезапно изменится, к примеру наступит тяжелая засуха и исчезнет важный источник пищи, никто в популяции не сможет адаптироваться лучше других. Популяции с высоким уровнем генетического разнообразия защищены от болезней и колебаний в окружающей среде. У некоторых особей в этих популяциях будут выше шансы на выживание и размножение. Генетически разнообразная популяция сумеет адаптироваться и выживет.
Но есть ли абсолютная необходимость в генетическом разнообразии? Низкий его уровень связывают с плохим здоровьем, пониженной репродуктивной успешностью и пороками развития, к примеру кривой формой хвоста, часто наблюдавшейся среди флоридских пум до того, как их скрестили с пумами из Техаса. Однако у некоторых видов с крайне низким уровнем генетического разнообразия это приводит к совсем небольшому числу измеримых последствий для их способности к выживанию. К примеру, среди белых медведей генетическое разнообразие крайне мало, но оно характерно для них в течение по меньшей мере последних 100 тысяч лет. За это время белые медведи пережили две ледниковые эпохи и теперешний теплый период межледниковья. Тем не менее, поскольку среда, к которой они адаптированы, постепенно исчезает, недостаток генетического разнообразия может привести к их гибели: чем оно выше, тем выше шанс, что появятся новые комбинации генов и фенотипы, способные адаптироваться к выживанию в новой среде.
Ясно, что генетическое разнообразие и адаптивный потенциал, который оно предоставляет, важны, и здоровая популяция не может целиком состоять из клонов. Наиболее вероятным (пусть и не самым простым) решением проблемы разнообразия будет редактирование клеток, взятых от разных особей. Редактируя геномы этих клеток, мы должны будем убедиться, что изменения были внесены в обе хромосомы каждой использованной клетки. Таким образом, популяция станет генетически идентичной в этих конкретных локусах, и целевой фенотип сохранится даже после того, как ее выпустят в дикую природу.
Хотя при создании нашей воскрешенной популяции важно будет учитывать генетическое разнообразие, нам также не следует забывать, что это не единственный фактор, определяющий, сможет ли вид поддерживать себя в долгосрочной перспективе. Если бы мы изучили степень генетического разнообразия среди приматов и решали на основании этой информации, какие из их видов больше других требуют защиты, результат шокировал бы большинство из нас. Приматы с самым низким уровнем генетического разнообразия – это… мы. У людей оно практически отсутствует, в то время как у других приматов, в том числе шимпанзе и горилл, с этим все в порядке. Создание генетически разнообразной популяции имеет значение для возрождения вымерших видов, но, в конечном итоге, это не настолько важно, как найти стабильный, пригодный для жизни и достаточно большой участок дикой природы, чтобы выпустить туда наших животных.
От рождения одной особи до разведения множества
Вторая стадия восстановления вымершего вида включает не только создание множества особей, но и выращивание и воспитание этих особей, перемещение их из неволи и установление популяции в дикой природе. В идеальном случае эта вторая стадия должна завершиться появлением в дикой природе множества генетически устойчивых, здоровых популяций, поддерживающих себя без вмешательства человека и приспосабливающихся к изменениям внешней среды. Вторая стадия определенно будет ничуть не проще первой.
Для начала детеныши должны повзрослеть. Они должны развиваться физически, а также с точки зрения поведения, приобретая характеристики, ради которых мы редактировали геном. Вероятнее всего, пройдут десятилетия, и несколько поколений родятся и вырастут в неволе, прежде чем у нас появится достаточное количество особей, чтобы их можно было выпустить в дикую природу. В неволе представители популяций должны не только выжить, но и научиться тому, как им жить дальше. Эти особи должны будут научиться кормить и защищать себя, взаимодействовать с другими особями, избегать хищников, выбирать себе пару и заботиться о потомстве. Следовательно, принимая решение о том, станет ли вид хорошим кандидатом на восстановление, нужно будет учитывать и то, как этот вид будет жить в неволе.
Люди накопили огромный опыт разведения животных в зоопарках, на фермах, в селекционных центрах и даже у себя дома. Теперь мы знаем, что разные виды по-разному реагируют на жизнь в неволе. Некоторым это идет на пользу – они становятся здоровее, живут дольше и имеют больше потомства, чем дикие представители того же вида. Другие ужасно страдают – у них снижается ожидаемая продолжительность жизни, они редко размножаются и у них даже развиваются психологические расстройства: к примеру, часто можно видеть, как белые медведи, живущие в зоопарках, начинают монотонно раскачиваться или бродить по клетке из стороны в сторону. Понимание того, как выбранный нами для восстановления вид будет чувствовать себя в неволе, станет ключевым фактором для успеха проекта.
Выращивая животных с отредактированными геномами, важно будет помнить, что некоторые признаки, наблюдаемые у этих животных (как физические, так и поведенческие), могут появляться не вследствие изменений в их геномах, но под воздействием жизни в неволе. Замечательным примером того, как характер отбора в неволе может повлиять на внешний вид животного, стала дикая популяция русских серебристо-черных лисиц. В 1959 году Дмитрий Беляев, русский биолог, позже возглавивший Институт цитологии и генетики СО РАН, взял 130 диких серебристо-черных лисиц и начал разводить их на ферме около своего института в Новосибирске. В каждом поколении он позволял скрещиваться только самым «ручным» лисицам. Через несколько поколений лисы начали вилять хвостами при виде своих хозяев. Спустя всего несколько десятилетий его популяция диких серебристо-черных лисиц превратилась в популяцию животных, которые скулили, виляли хвостами, запрыгивали на руки и лизали ладони своим хозяевам. Поведенческая трансформация была изумительной, но это же можно сказать и об их физической трансформации. У младшего поколения были свисающие уши, закрученные или укороченные хвосты, а их окрас больше не был похож на расцветку диких зверей, он стал походить на окрас домашних животных.
Животные, родившиеся и выросшие в неволе, обычно выглядят и ведут себя не так, как их дикие родственники. У них появляются физические отличия, в том числе укорачивается пищеварительный тракт и изменяется размер мозга по сравнению с особями, живущими в дикой природе. Половые признаки у животных, выросших в неволе, также становятся менее заметными, что может повлиять на их способность найти пару в дикой природе и конкурировать за нее. Еще больше беспокойства вызывают различия в поведении. К примеру, в неволе животным нет нужды учиться избегать хищников, а отсутствие социальных конфликтов и неестественные социальные структуры, формирующиеся в неволе, могут привести к изменениям в защитном или половом поведении. При нехватке места или внешних стимулов представителей некоторых видов захлестывает стресс и у них развиваются острые расстройства психики: например, жирафы начинают лизать стены, а большие кошки и медведи наносят себе увечья. Стресс также воздействует на физиологию животных, часто снижая их фертильность или вообще прекращая работу репродуктивной системы.