Quan era un nen, solia mirar pel microscopi del meu pare els insectes en ambre que tenia a casa. Estaven sorprenentment molt ben conservats, morfològicament eren increïbles. Imaginàvem que algun dia reviurien, sortirien de la resina i, si poguessin, sortirien volant.
When I was a young boy, I used to gaze through the microscope of my father at the insects in amber that he kept in the house. And they were remarkably well preserved, morphologically just phenomenal. And we used to imagine that someday, they would actually come to life and they would crawl out of the resin, and, if they could, they would fly away.
Si m'haguéssiu preguntat fa 10 anys si mai podríem o no seqüenciar el genoma d'un animal extingit, us hauria respost que és improbable. Si m'haguéssiu preguntat si podríem o no reviure una espècie extingida, us hauria dit que és una fantasia. Però avui, sorprenentment, sóc aquí per dir-vos que no només és possible seqüenciar genomes extints, avui dia una realitat, sinó que reviure una espècie extinta és al nostre abast. Però potser no a partir d'insectes en ambre, de fet aquest mosquit es va utilitzar com a inspiració per a "Jurassic Park", sinó a partir de mamuts, les restes ben conservades de mamut llanut al permagel.
If you had asked me 10 years ago whether or not we would ever be able to sequence the genome of extinct animals, I would have told you, it's unlikely. If you had asked whether or not we would actually be able to revive an extinct species, I would have said, pipe dream. But I'm actually standing here today, amazingly, to tell you that not only is the sequencing of extinct genomes a possibility, actually a modern-day reality, but the revival of an extinct species is actually within reach, maybe not from the insects in amber -- in fact, this mosquito was actually used for the inspiration for "Jurassic Park" — but from woolly mammoths, the well preserved remains of woolly mammoths in the permafrost.
Els llanuts són força interessants, la imatge per antonomàsia de la glaciació. Eren grans, peluts, tenien grans ullals i sembla que tenim una estreta relació amb ells, com amb els elefants. Potser és perquè els elefants tenen moltes coses en comú amb nosaltres. Soterren els seus morts, eduquen les properes generacions i mantenen estrets vincles socials. O potser és perquè estem vinculats pel temps, ja que tant els elefants com nosaltres venim de l'Àfrica, fa set milions d'anys. A mesura que els hàbitats i el medi canviaven, els humans i els elefants van migrar cap a Europa i Àsia. El primer gran mamut que apareix en escena és el meridional, que feia quatre metres d'alçada, pesava unes 10 tones i estava adaptat als boscs. Es va estendre des d'Europa occidental fins a l'Àsia central, travessant el pont de Beríngia fins a Amèrica del nord. Altra vegada, quan el clima va canviar, com sempre, i s'obrien nous hàbitats, va arribar una nova espècie adaptada a l'estepa que a l'Àsia central s'anomenava trogontherii i que va empènyer el mamut meridional a l'Europa occidental. A les praderies de Nord Amèrica liderava el mamut colombià, una gran espècie de Nord Amèrica sense pèl. Uns 500.000 anys després, apareix el mamut llanut, el que tothom coneix i aprecia, que va sorgir a l'est de Beríngia i es va estendre per Àsia central, empenyent el trogontherii cap a Europa central. Durant centenars de milers d'anys, els llanuts van migrar a través del pont de terra de Beríngia en moments de molt glaç i així entraven en contacte amb els seus parents del sud, els mamuts colombians. Allà hi van sobreviure durant centenars de milers d'anys de canvis climàtics importants. És un animal adaptable que pateix canvis ambientals i de temperatura i que ho portava d'allò més bé. Allà al continent hi van sobreviure fins fa uns 10.000 anys i, sorprenentment, també hi eren a les petites illes de Siberia i Alaska fins fa una 3.000 anys. Mentre els egipcis construïen les piràmides els llanuts encara vivien a les illes. I de sobte van desaparèixer. Com el 99 % de tots els animals que han existit mai, es van extingir, segurament degut a un clima càlid i a una ràpida invasió de boscs densos que s'estenien cap al nord i a més a més, com el gran Paul Martin va dir, també es deu a l'excés de caça durant el Plistocè, ja que els caçadors els van abatre. Afortunadament, trobem milions de les seves restes escampades pel permagel, ben enterrats a Sibperia i Alaska, i de fet hi podem anar i treure'ls d'allà. La conservació és com la d'aquells insectes en ambre, impressionant. Hi trobem les dents, ossos amb sang que sembla sang, pèl, i carcasses o caps intactes que encara hi conserven el cervell. La conservació i la supervivència de l'ADN depèn de molts factors, la majoria dels quals he d'admetre que encara no entenem. Però depenent de quan l'organisme mor i la rapidesa en què s'enterra, la fondària de l'enterrament i la constància de la temperatura de l'ambient en què es trobi determinarà el temps que sobreviurà l'ADN a través de moments geològicament importants. A molts de vosaltres us sorprendrà saber que no és el temps el que importa, ni el temps que fa que es conserva, sinó que el més important és la constància de la temperatura de conservació. Si aprofundim als ossos i a les dents que han sobreviscut al procés de fossilització, l'ADN que abans estava intacte, ben embolicat per les proteïnes histones, ara es troba amençat per les bactèries que abans convivien en simbiosi amb el mamut durant molts anys mentre aquest encara vivia. Aquestes bactèries, juntament amb les bactèries de l'entorn, de l'aigua i de l'oxigen, poden trencar l'ADN en fragments molt i molt petits d'ADN fins que només en queden fragments que varien des de 10 parells de bases fins, en el millor dels casos, uns centenars de parells de bases de llargària. La majoria dels fòssils registrats estan totalment desproveïts de restes orgàniques. Però alguns conserven fragments d'ADN que han sobreviscut milers i fins i tot milions d'anys. Fent servir la tecnologia de sala neta d'última generació, hem trobat formes per poder extreure l'ADN de tota la brutícia que hi ha, i no us sorprendrà que si agafo un os o una dent de mamut i n'extrec l'ADN obtindré ADN de mamut. Però també n'extreuré bactèries que abans vivien amb el mamut i, encara més complicat, aconseguiré tot l'ADN que va sobreviure en aquell entorn, com les bactèries, els fongs, etc. És d'esperar, doncs, que un mamut conservat al permagel tindrà prop del 50 % del seu ADN sent de mamut, mentre que el mamut Colombià, que es troba enterrat en un clima temperat, només conservarà entre un 3 i un 10 % de contaminació endògena. Hem trobat, però, maneres molt intel·ligents per trobar i descartar l'ADN que no és de mamut del que sí que l'és. Amb els avenços en seqüenciació d'alt rendiment, podem extreure i retocar bioinformàticament els petits fragments del mamut i introduir-los al cromosoma de la columna vertebral d'un elefant asiàtic o africà. Amb això, podem obtenir els petits punts que es diferencien entre un mamut i un elefant asiàtic. I què en sabem, doncs, d'un mamut? Que el genoma del mamut està pràcticament complet i que és molt gran. És un mamut. Un genoma d'homínids té uns tres mil milions de parells de base, però el genoma d'un elefant o d'un mamut en té dos mil milions més, la majoria del qual es compon d'ADN petits i repetitius que dificulten realment retocar l'estructura del genoma. El fet de disposar d'aquesta informació ens permet respodre una de les preguntes interessants sobre la relació entre els mamuts i els seus parents vivents, l'elefant asiàtic i l'africà, els quals tenen un avantpassat comú fa set milions d'anys. El genoma del mamut, però, mostra que té un avantpassat comú més recent amb els elefants asiàtics fa uns sis milions d'anys, per tant, és més proper a l'elefant asiàtic. Amb els avenços en la tecnologia de l'ADN antic, podem començar a seqüenciar els genomes dels altres mamuts extingits que he dit abans. De fet, voldria parlar-ne de dos en concret, el mamut llanut i el colombià, els quals vivien prop l'un de l'altre durant els períodes de més glaç, de manera que quan les glaceres eren enormes a l'Amèrica del nord els llanuts es veien empesos cap a aquests ecotons subglacials i entraven en contacte amb els parents del sud, amb qui compartien refugi i, pel que sembla, una mica més que això. Pel que sembla les espècies es van encreuar. Aquest no és un factor poc comú entre els probòscides, perquè pel que es veu els grans elefants mascle de la sabana superarien els petits elefants de bosc per les seves femelles. Per tant, tenim el gran mamut colombià sense pèl que supera el petit mascle llanut. Per desgràcia, em recorda una mica a l'institut. (Riures) Això no és trivial, donat que volem reviure una espècie extingida, resulta que l'elefant asiàtic i l'africà poden reproduir-se entre si i tenir cries, fet que va passat per accident al zoo de Chester, al Regne Unit, l'any 1978. Això vil dir que podem agafar els cromosomes de l'elefant asiàtic i aplicar-los a les posicions que ens queden del genoma del mamut. Això ho podem introduir a un òvul sense nucli, diferenciar-lo a la cèl·lula mare, diferenciar-lo després a un espermatozoide, inseminar artificialment l'òvul d'un elefant asiàtic i després d'un llarg i difícil procediment obtindríem alguna cosa semblant a aquesta. No seria una rèplica exacta, perquè els petits fragments d'ADN dels que parlava ablans no ens permeten crear l'estructura exacta, però seria molt semblant a un mamut llanut. De vegades parlo d'això amb els meus amics, i pensem "on el posaríem"? On viuria un mamut? No hi ha el clima ni l'hàbitat adequat. De fet, no és exactament el cas. Resulta que hi ha petits hàbitats al nord de Sibèria i Yukon que podrien allotjar els mamuts. Recordeu, eren animals molt adaptables que suportaven moltes variacions climàtiques. Aquest paisatge podria convertir-se fàcilment en la seva nova llar i he d'admetre que no hi ha ni una sola part del nen que hi ha en mi que no vulgui veure aquesta majestuosa criatura caminant pel permagel del nord una vegada més. Però també he d'admetre que part de l'adult que hi ha en mi es pregunta sovint si hauríem de fer-ho o no. Moltes gràcies. (Aplaudiments) Ryan Phelan: No te'n vagis. Ens has deixat amb una pregunta. Estic segur que tothom es pregunta el mateix. Quan dius "hauríem" sembles reticent, i tot i així ens ho has presentat com si fos possible. En què rau la teva reticència? Hendrik Poinar: No crec que sigui reticència. Crec que hem de pensar molt en les implicacions i ramificacions de les nostres accions. Sempre que es debati en profunditat com estem fent ara, crec, crec que podem arribar a una bona solució de perquè fer-ho. Només vull assegurar-me que hi dediquem temps a pensar en per què ho fem en primer lloc. RP: Perfecte. Una resposta perfecta. Moltes gràcies Hendrik. HP: Gràcies. (Aplaudiments)
Woollies are a particularly interesting, quintessential image of the Ice Age. They were large. They were hairy. They had large tusks, and we seem to have a very deep connection with them, like we do with elephants. Maybe it's because elephants share many things in common with us. They bury their dead. They educate the next of kin. They have social knits that are very close. Or maybe it's actually because we're bound by deep time, because elephants, like us, share their origins in Africa some seven million years ago, and as habitats changed and environments changed, we actually, like the elephants, migrated out into Europe and Asia. So the first large mammoth that appears on the scene is meridionalis, which was standing four meters tall weighing about 10 tons, and was a woodland-adapted species and spread from Western Europe clear across Central Asia, across the Bering land bridge and into parts of North America. And then, again, as climate changed as it always does, and new habitats opened up, we had the arrival of a steppe-adapted species called trogontherii in Central Asia pushing meridionalis out into Western Europe. And the open grassland savannas of North America opened up, leading to the Columbian mammoth, a large, hairless species in North America. And it was really only about 500,000 years later that we had the arrival of the woolly, the one that we all know and love so much, spreading from an East Beringian point of origin across Central Asia, again pushing the trogontherii out through Central Europe, and over hundreds of thousands of years migrating back and forth across the Bering land bridge during times of glacial peaks and coming into direct contact with the Columbian relatives living in the south, and there they survive over hundreds of thousands of years during traumatic climatic shifts. So there's a highly plastic animal dealing with great transitions in temperature and environment, and doing very, very well. And there they survive on the mainland until about 10,000 years ago, and actually, surprisingly, on the small islands off of Siberia and Alaska until about 3,000 years ago. So Egyptians are building pyramids and woollies are still living on islands. And then they disappear. Like 99 percent of all the animals that have once lived, they go extinct, likely due to a warming climate and fast-encroaching dense forests that are migrating north, and also, as the late, great Paul Martin once put it, probably Pleistocene overkill, so the large game hunters that took them down. Fortunately, we find millions of their remains strewn across the permafrost buried deep in Siberia and Alaska, and we can actually go up there and actually take them out. And the preservation is, again, like those insects in [amber], phenomenal. So you have teeth, bones with blood which look like blood, you have hair, and you have intact carcasses or heads which still have brains in them. So the preservation and the survival of DNA depends on many factors, and I have to admit, most of which we still don't quite understand, but depending upon when an organism dies and how quickly he's buried, the depth of that burial, the constancy of the temperature of that burial environment, will ultimately dictate how long DNA will survive over geologically meaningful time frames. And it's probably surprising to many of you sitting in this room that it's not the time that matters, it's not the length of preservation, it's the consistency of the temperature of that preservation that matters most. So if we were to go deep now within the bones and the teeth that actually survived the fossilization process, the DNA which was once intact, tightly wrapped around histone proteins, is now under attack by the bacteria that lived symbiotically with the mammoth for years during its lifetime. So those bacteria, along with the environmental bacteria, free water and oxygen, actually break apart the DNA into smaller and smaller and smaller DNA fragments, until all you have are fragments that range from 10 base pairs to, in the best case scenarios, a few hundred base pairs in length. So most fossils out there in the fossil record are actually completely devoid of all organic signatures. But a few of them actually have DNA fragments that survive for thousands, even a few millions of years in time. And using state-of-the-art clean room technology, we've devised ways that we can actually pull these DNAs away from all the rest of the gunk in there, and it's not surprising to any of you sitting in the room that if I take a mammoth bone or a tooth and I extract its DNA that I'll get mammoth DNA, but I'll also get all the bacteria that once lived with the mammoth, and, more complicated, I'll get all the DNA that survived in that environment with it, so the bacteria, the fungi, and so on and so forth. Not surprising then again that a mammoth preserved in the permafrost will have something on the order of 50 percent of its DNA being mammoth, whereas something like the Columbian mammoth, living in a temperature and buried in a temperate environment over its laying-in will only have 3 to 10 percent endogenous. But we've come up with very clever ways that we can actually discriminate, capture and discriminate, the mammoth from the non-mammoth DNA, and with the advances in high-throughput sequencing, we can actually pull out and bioinformatically re-jig all these small mammoth fragments and place them onto a backbone of an Asian or African elephant chromosome. And so by doing that, we can actually get all the little points that discriminate between a mammoth and an Asian elephant, and what do we know, then, about a mammoth? Well, the mammoth genome is almost at full completion, and we know that it's actually really big. It's mammoth. So a hominid genome is about three billion base pairs, but an elephant and mammoth genome is about two billion base pairs larger, and most of that is composed of small, repetitive DNAs that make it very difficult to actually re-jig the entire structure of the genome. So having this information allows us to answer one of the interesting relationship questions between mammoths and their living relatives, the African and the Asian elephant, all of which shared an ancestor seven million years ago, but the genome of the mammoth shows it to share a most recent common ancestor with Asian elephants about six million years ago, so slightly closer to the Asian elephant. With advances in ancient DNA technology, we can actually now start to begin to sequence the genomes of those other extinct mammoth forms that I mentioned, and I just wanted to talk about two of them, the woolly and the Columbian mammoth, both of which were living very close to each other during glacial peaks, so when the glaciers were massive in North America, the woollies were pushed into these subglacial ecotones, and came into contact with the relatives living to the south, and there they shared refugia, and a little bit more than the refugia, it turns out. It looks like they were interbreeding. And that this is not an uncommon feature in Proboscideans, because it turns out that large savanna male elephants will outcompete the smaller forest elephants for their females. So large, hairless Columbians outcompeting the smaller male woollies. It reminds me a bit of high school, unfortunately. (Laughter) So this is not trivial, given the idea that we want to revive extinct species, because it turns out that an African and an Asian elephant can actually interbreed and have live young, and this has actually occurred by accident in a zoo in Chester, U.K., in 1978. So that means that we can actually take Asian elephant chromosomes, modify them into all those positions we've actually now been able to discriminate with the mammoth genome, we can put that into an enucleated cell, differentiate that into a stem cell, subsequently differentiate that maybe into a sperm, artificially inseminate an Asian elephant egg, and over a long and arduous procedure, actually bring back something that looks like this. Now, this wouldn't be an exact replica, because the short DNA fragments that I told you about will prevent us from building the exact structure, but it would make something that looked and felt very much like a woolly mammoth did. Now, when I bring up this with my friends, we often talk about, well, where would you put it? Where are you going to house a mammoth? There's no climates or habitats suitable. Well, that's not actually the case. It turns out that there are swaths of habitat in the north of Siberia and Yukon that actually could house a mammoth. Remember, this was a highly plastic animal that lived over tremendous climate variation. So this landscape would be easily able to house it, and I have to admit that there [is] a part of the child in me, the boy in me, that would love to see these majestic creatures walk across the permafrost of the north once again, but I do have to admit that part of the adult in me sometimes wonders whether or not we should. Thank you very much. (Applause) Ryan Phelan: Don't go away. You've left us with a question. I'm sure everyone is asking this. When you say, "Should we?" it feels like you're reticent there, and yet you've given us a vision of it being so possible. What's your reticence? Hendrik Poinar: I don't think it's reticence. I think it's just that we have to think very deeply about the implications, ramifications of our actions, and so as long as we have good, deep discussion like we're having now, I think we can come to a very good solution as to why to do it. But I just want to make sure that we spend time thinking about why we're doing it first. RP: Perfect. Perfect answer. Thank you very much, Hendrik. HP: Thank you. (Applause)