Als ich ein kleiner Junge war, schaute ich mir oft durchs Mikroskop meines Vaters die in Bernstein gefangenen Insekten an, die er im Haus aufbewahrte. Sie waren bemerkenswert gut konserviert, morphologisch einfach phänomenal. Wir stellten uns immer vor, dass sie eines Tages tatsächlich lebendig würden, aus dem Harz klettern und – wenn sie könnten – wegfliegen würden.
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.
Hätten Sie mich vor 10 Jahren gefragt, ob wir je Genome ausgestorbener Tiere sequenzieren könnten, hätte ich gesagt: "Nee, unwahrscheinlich." Oder ob wir irgendwann vielleicht ausgestorbene Spezies wiederbeleben könnten. Dann hätte ich gesagt: "Hirngespinste." Aber heute stehe ich vor Ihnen, und erstaunlicherweise kann ich Ihnen sagen, dass das Sequenzieren ausgestorbener Genome nicht nur möglich, sondern Tatsache geworden ist, und die Wiederbelebung ausgestorbener Arten ist greifbar, vielleicht nicht die von Bernsteininsekten – dieser Moskito hier war übrigens die Inspiration für den Film "Jurassic Park" – sondern die von Wollhaarmammuts, aus ihren gut konservierten Überresten im Permafrostboden.
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.
Mammuts sind besonders interessante, nicht wegzudenkende Figuren aus der Eiszeit. Sie waren riesig und sehr haarig. Sie hatten riesige Stoßzähne. Wir scheinen zu ihnen, ähnlich wie zu Elefanten, eine tiefe Verbindung zu fühlen. Vielleicht liegt es daran, dass wir mit Elefanten so vieles gemeinsam haben. Sie begraben ihre Toten. Sie erziehen ihre Nachkommen. Ihr soziales Netzwerk ist sehr stark. Oder vielleicht sind wir über Äonen verbunden, da der Ursprung der Elefanten, und unserer, in Afrika liegt, vor gut sieben Millionen Jahren. Als sich Lebensbedingungen und Umwelt veränderten, wanderten wir, wie die Elefanten, nach Europa und Asien aus.
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.
Das erste große Mammut ist das Südmammut. Mit vier Metern Höhe und 10 Tonnen Gewicht breitete sich diese ans Waldland angepasste Art von Westeuropa über Zentralasien und die Beringbrücke bis in Teile Nordamerikas hinein aus. Und als sich das Klima wieder änderte, wie es das eben tut und sich neue Lebensräume öffneten, kamen die an die Steppe angepassten Arten, die Steppenmammuts, in Zentralasien an und verdrängten die Südmammuts nach Westeuropa. Und die offenen Savannen Nordamerikas boten dem Präriemammut Raum, einer großen, haarlosen Spezies in Nordamerika. Und erst ungefähr 500.000 Jahre später vollzog sich die Ankunft des Wollhaarmammuts, das wir alle kennen und so sehr lieben. Es breitete sich vom Osten Beringias über Zentralasien aus und verdrängte erneut die Steppenmammuts nach Mitteleuropa, dann zog es hunderttausende von Jahren während der Eiszeiten über die Beringbrücke vor und zurück und kam so in direkten Kontakt mit den Präriemammuts, die im Süden lebten, und wo sie Hunderttausende von Jahren extreme Klimaveränderungen überlebten. Wir haben hier also ein Tier, das mit riesigen Temperatur- und Lebensraumwechseln zurecht kam und dem es sehr gut ging. Und auf dem Festland überlebten sie bis vor etwa 10.000 Jahren, und eigentlich, erstaunlicherweise, auf den kleinen Inseln vor Sibirien und Alaska, bis vor etwa 3.000 Jahren. Während Ägypter die Pyramiden bauten, lebten die Wollhaarmammuts noch auf den Inseln.
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.
Und dann verschwanden sie. Wie 99% der einst existierenden Arten starben sie aus, möglicherweise wegen einer Klimaerwärmung und schnell nach Norden vordringenden dichten Wäldern, und, wie es der verstorbene, großartige Paul Martin einst nannte, wahrscheinlich Pleistozän-Overkill, die Großwildjäger machten ihnen also den Garaus.
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.
Zum Glück finden wir Millionen ihrer Überreste, die überall im Permafrost von Sibirien und Alaska tief vergraben liegen, und wir können dort sogar hinfahren und sie herausholen. Und die Konservierung ist, wie auch bei diesen Insekten in Bernstein, phänomenal. Wir haben Zähne, Knochen mit Blut – das nach Blut aussieht – wir haben Haare, und wir haben intakte Kadaver oder Köpfe, die noch Gehirne enthalten.
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.
Die Konservierung und das Überleben der DNA hängt ja von vielen Faktoren ab, und ich muss zugeben, dass wir die meisten davon noch nicht ganz verstehen, aber wann ein Organismus stirbt, wie zügig und tief er vergraben wird und wie konstant die Temperatur dieser Grabumgebung ist bestimmt die Überlebensdauer der DNA über geologisch bedeutsame Zeiträume. Und viele von Ihnen in diesem Raum hier sind vielleicht überrascht, dass nicht die Zeit oder die Dauer der Konservierung, sondern eine einheitliche Temperatur dabei die größte Rolle spielt.
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.
Wenn wir nun also tief in die Knochen und in die Zähne blicken, die die Fossilisation überdauert haben, sehen wir die einst intakte DNA, eng um Histonen-Proteine gewunden, nun von Bakterien angegriffen, die über Jahre symbiotisch mit dem Mammut zusammenlebten, als dieses noch am Leben war. Diese Bakterien also, zusammen mit Umweltbakterien, gelöstem Wasser und Sauerstoff, brechen die DNA in immer kleinere DNA-Fragmente auf, bis nur noch Fragmente mit einer Länge von 10 Basenpaaren bis, in den besten Fällen, ein paar hundert Basenpaaren übrigbleiben. Den meisten aller existierenden Fossilien fehlt also jegliche organische Signatur. Einige jedoch haben DNA-Fragmente, die tausende, sogar ein paar Millionen Jahre überlebt haben. Und mithilfe modernster Reinraum-Technologie haben wir Wege entwickelt, mit denen wir diese DNA aus dem ganzen anderen Kram herausziehen können. Es überrascht hier wohl niemanden, dass, wenn ich den Knochen oder Zahn eines Mammuts nehme und die DNA extrahiere, ich Mammut-DNA erhalte, aber ich erhalte auch all die Bakterien, die einst mit dem Mammut lebten und, komplizierter noch, die gesamte DNA, die in diesem Umfeld mit überlebt hat, also die Bakterien, die Pilze, und so weiter. Wiederum nicht überraschend ist, dass von einem im Permafrost konservierten Mammut um die 50 % der DNA vom Mammut selbst ist, während z. B. von einem Präriemammut, das in einem gemäßigten Klima lebte und begraben wurde, nur 3-10 % der DNA endogen ist.
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.
Aber wir haben sehr kluge Strategien entwickelt, Strategien zur Erfassung und Unterscheidung der Mammut- und Nicht-Mammut-DNA. Durch die Fortschritte in der Massensequenzierung können wir nun all diese kleinen Mammutfragmente herausziehen und wieder zusammenfügen und sie auf das Chromosomengerüst eines asiatischen oder afrikanischen Elefanten setzen. Und dadurch sehen wir all die kleinen Unterschiede zwischen einem Mammut und einem asiatischen Elefanten. Was wissen wir denn nun über ein Mammut?
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?
Also das Mammut-Genom ist fast komplett und wir wissen, dass es riesengroß ist. Mammut-groß. Ein menschliches Genom hat an die 3 Milliarden Basenpaare, aber Elefanten- und Mammut-Genome sind um die 2 Milliarden Basenpaare größer, und das meiste davon besteht aus kleiner, repetitiver DNA, die eine Wiederanordnung der Genomstruktur sehr erschwert.
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.
Diese Informationen ermöglichen uns dann die Antwort auf eine der interessanten Verwandtschaftsfragen zwischen Mammuts und ihren lebenden Verwandten, dem afrikanischen und asiatischen Elefanten, die vor 7 Mio. Jahren alle einen gemeinsamen Vorfahren hatten, aber das Genom des Mammuts verweist auf einen Vorfahren aus jüngerer Zeit, den es mit dem asiatischen Elefanten teilt, von vor etwa 6 Mio. Jahren, es ist also näher am asiatischen Elefanten dran.
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.
Wegen der technologischen Fortschritte bei Urzeit-DNA können wir nun anfangen, die Genome dieser anderen ausgestorbenen Mammutformen zu sequenzieren, die ich erwähnt habe, und ich möchte nur zwei davon ansprechen, das Wollhaar- und das Präriemammut, die beide sehr nahe beieinander lebten, während der Eiszeiten. Als die Gletscher in Nordamerika zu massiv wurden, wurden die Wollhaarmammuts in diese Vorgletscher-Saumbiotope getrieben und gerieten so in Kontakt mit den südlicheren Verwandten, mit denen sie die Zufluchtsorte teilten und wie es aussieht, nicht nur die Zufluchtsorte. Sie scheinen sich untereinander gekreuzt zu haben. Und das ist nicht ungewöhnlich bei Rüsseltieren. Große Savannen-Bullen buhlen den kleineren Waldelefantenbullen ihre Weibchen ab. Große, haarlose Präriemammuts schnappen also den kleineren Wollhaarmännchen die Mädchen weg. Erinnert mich leider ein bisschen an die Schule.
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.
(Lachen)
(Laughter)
Das ist nicht belanglos. Wenn man bedenkt, dass wir ausgestorbene Spezies wiederbeleben möchten und afrikanische und asiatische Elefanten miteinander tatsächlich lebende Junge zeugen können, wie es 1978 aus Versehen tatsächlich in einem Zoo in Chester, Großbritannien, passiert ist. Wir können also Chromosomen des asiatischen Elefanten in all diese Positionen modifizieren, die wir beim Mammut-Genom haben feststellen können, diese in eine entkernte Zelle geben, diese in eine Stammzelle differenzieren, diese dann vielleicht in ein Spermium verwandeln, das Ei eines asiatischen Elefanten künstlich befruchten und nach einem langen und beschwerlichen Prozess dann etwas wie das hier zurückbringen. Es wäre keine exakte Nachbildung, denn die kurzen DNA-Fragmente, von denen ich sprach, halten uns davon ab, genau dieselbe Struktur aufzubauen, aber das Resultat würde so aussehen und sich so anfühlen wie ein Wollhaarmammut.
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.
Wenn ich das Freunden gegenüber erwähne, fragen wir uns oft: "Und wo würde man es hintun? Wo bringt man ein Mammut unter? Es mangelt an passendem Klima oder Lebensraum." Das ist eigentlich gar nicht wahr. Es gibt tatsächlich riesige Flächen an Lebensraum im Norden Sibiriens und Yukons, die für Mammuts geeignet wären. Erinnern wir uns, es war ein sehr anpassungsfähiges Tier, das riesige Klimaveränderungen mitmachte. Diese Landschaft würde sich also problemlos dazu eignen. Ich muss zugeben, dass der Junge in mir den Gedanken liebt, diese majestätischen Kreaturen wieder durch den nördlichen Permafrost schreiten zu sehen, doch ich muss zugeben, dass der Erwachsene in mir sich manchmal fragt, ob wir das wirklich tun sollten.
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.
Vielen Dank.
Thank you very much.
(Beifall)
(Applause)
Ryan Phelan: Bleib noch. Jetzt bleibt eine Frage. Sicherlich fragt sich das gerade jeder. Wenn du sagst: "Sollten wir?", klingt das etwas zurückhaltend, und doch hast du uns gerade eine Vision des Möglichen gegeben. Wieso die Zurückhaltung?
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: Das ist keine Zurückhaltung. Ich denke einfach, dass wir sehr gut über die Auswirkungen unserer Handlungen nachdenken müssen, und solange wir gute, tiefe Diskussionen wie die aktuelle führen, glaube ich, dass wir gute Gründe finden können, wieso wir es tun sollten. Ich möchte aber sichergehen, dass wir vorher gründlich über unsere Motive nachdenken.
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: Perfekt. Eine perfekte Antwort. Vielen Dank, Hendrik.
RP: Perfect. Perfect answer. Thank you very much, Hendrik.
HP: Danke ebenfalls. (Beifall)
HP: Thank you. (Applause)