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.
Quando ero ragazzo, guardavo attraverso il microscopio di mio padre gli insetti nell'ambra che teneva in casa. Erano straordinariamente ben conservati, morfologicamente fenomenali. Eravamo soliti immaginare che un giorno, sarebbero davvero tornati a vivere strisciando fuori dalla resina, e se avessero potuto, sarebbero volati via.
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.
Se mi aveste chiesto dieci anni fa se saremmo mai stati capaci di sequenziare il genoma di animali estinti, vi avrei risposto che era improbabile. Se mi aveste chiesto se saremmo stati realmente capaci di far rivivere specie estinte, vi avrei detto che era un sogno irraggiungibile. Ma sorprendentemente, sono qui oggi per dirvi che non solo sequenziare i genomi estinti è una possibilità, anzi una realtà, ma far rivivere specie estinte è davvero possibile, magari non dagli insetti nell'ambra -- infatti, questa zanzara è stata usata come ispirazione per "Jurassic Park" -- ma dai mammut lanosi, i resti ben conservati nel permafrost dei mammut lanosi.
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.
Quelli lanosi sono particolarmente interessanti, sono la tipica immagine dell'Era Glaciale. Erano grossi. Erano pelosi. Avevano grosse zanne, e pare che abbiamo una profonda connessione con loro, come con gli elefanti. Forse perché gli elefanti hanno molte cose in comune con noi. Seppelliscono i morti. Educano la generazione successiva. Instaurano legami sociali molto forti. O forse davvero siamo legati da tempi remoti, perché gli elefanti, come noi, sono anche loro originari dell'Africa circa sette milioni di anni fa. Con il cambiamento dell'habitat e dell'ambiente, noi, come gli elefanti, siamo migrati verso l'Europa e l'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.
Il primo grande mammut apparso sulla scena è il mammut meridionale, che era alto quattro metri, pesava 10 tonnellate, era una specie che viveva nei boschi e si è diffusa dall'Europa Occidentale attraverso l'Asia Centrale, attraverso la Beringia e in parti del Nordamerica. E poi, di nuovo, con il solito cambio del clima, si sono creati nuovi habitat, c'è stato l'arrivo delle specie da steppa in Asia Centrale chiamate Mammut delle steppe che hanno spinto i mammut meridionali verso l'Europa Occidentale. Si sono aperte le grandi praterie del Nord America portando nel Nordamerica il Mammut columbiano, una grande specie senza pelliccia. Ed è stato solo 500 000 anni più tardi che abbiamo visto arrivare quelli lanosi, quelli che conosciamo tutti e che ci piacciono tanto. Si sono diffusi dalla Beringia orientale, zona di origine, attraverso l'Asia Centrale, spingendo di nuovo i Mammut delle steppe verso l'Europa Centrale. In centinaia di migliaia di anni sono migrati avanti e indietro attraverso lo Stretto di Bering durante i picchi di glaciazione e sono venuti a diretto contatto con i parenti columbiani che vivevano a sud, Lì sono sopravvissuti per centinaia di migliaia di anni durante mutamenti climatici traumatici. Abbiamo quindi un animale altamente adattabile a grandi transizioni di ambiente e temperatura che se la cava molto, molto bene. E sopravvivono sulla terraferma fino a 10 000 anni fa, e sorprendentemente, in piccole isole al largo della Siberia e dell'Alaska fino a 3000 anni fa. Quindi mentre gli Egiziani costruiscono piramidi i mammut vivono ancora su quelle isole.
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.
E poi scompaiono. Come il 99 per cento di tutti gli animali che vivevano allora, si estinguono, probabilmente a causa del clima che si fa più caldo e la rapida crescita di dense foreste che migrano verso nord. Inoltre, come il fu Paul Martin disse, probabilmente la potenza distruttiva del Pleistocene, quindi i grandi cacciatori che li hanno sterminati.
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.
Fortunatamente, troviamo milioni di resti sparsi nel permafrost sepolti in profondità in Siberia e Alaska, e possiamo andare lassù e tirarli fuori. Di nuovo, la conservazione è fenomenale, come quegli insetti nell'ambra. Ci sono denti, ossa con sangue che sembra sangue, ci sono peli, e ci sono carcasse intatte o teste che contengono ancora il cervello.
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.
La conservazione e la sopravvivenza del DNA dipende da molti fattori, e devo ammetterlo, la maggior parte ancora non li capiamo, ma a seconda di quando un organismo muore e quanto velocemente viene sepolto, la profondità della sepoltura, la costanza della temperatura nell'ambiente in cui è sepolto, ci dirà quanto tempo sopravviverà il DNA su intervalli di tempo geologicamente significativi. E probabilmente sorprenderà molti di voi seduti in questa sala che non è il tempo che conta, non è il periodo di conservazione, è la costanza della temperatura di conservazione che ha maggiore importanza.
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.
Se dovessimo entrare in profondità all'interno delle ossa e dei denti sopravvissuti al processo di fossilizzazione, il DNA che una volta era intatto, avvolto strettamente intorno agli istoni, è ora sotto attacco dei batteri che sono vissuti in simbiosi con il mammut per anni durante la sua vita. Questi batteri, insieme ai batteri ambientali, con acqua e ossigeno, rompono il DNA in frammenti sempre più piccoli, finché non rimangono che frammenti che vanno da 10 coppie di basi a qualche centinaio di coppie di basi, nel migliore dei casi. Molti fossili in archivio sono in realtà completamente privi di qualunque firma organica. Ma alcuni di loro hanno frammenti di DNA sopravvissuti per migliaia, se non milioni di anni. Usando tecnologie di punta in ambienti sterili, abbiamo ideato dei sistemi per estrarre questi DNA dal resto della roba che c'è dentro. Non sorprenderà nessuno di voi in questa sala che se prendo un osso o un dente di mammut e estraggo il suo DNA, otterrò il DNA di un mammut, ma anche quello di tutti i batteri che una volta vivevano con il mammut, e, cosa ancor più complicata, otterrò tutti i DNA sopravvissuti in quell'ambiente, quindi i batteri, i funghi, e così via. Di nuovo, non sorprende che un mammut conservato nel permafrost avrà qualcosa come il 50 per cento del suo DNA che sarà di mammut, mentre un mammut columbiano che viveva ad una temperatura ed è stato sepolto in un ambiente temperato sui suoi resti ne avrà solo dal 3 al 10 per cento.
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?
Ma abbiamo ideato modi molto intelligenti con cui catturare e differenziare il DNA del mammut da quello che non lo è, e con i progressi del sequenziamento ad alta capacità, possiamo estrarre e separare in maniera bioinformatica tutti questi frammenti di mammut e posizionarli sulla struttura di un cromosoma di elefante asiatico o africano. Così facendo, possiamo ottenere tutti i punti che differenziano un mammut da un elefante asiatico, e cosa sappiamo allora di un mammut?
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.
Il genoma del mammut è quasi completo e sappiamo che è enorme. È un mammut. Il genoma di un ominide è fatto di circa tre miliardi di coppie di basi, mentre il genoma di un elefante o di un mammut è più grande di circa due miliardi di coppie di basi, e la maggior parte è composta da sequenze di DNA piccole e ripetitive che rendono difficile la ricomposizione dell'intera struttura del genoma.
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.
Avere queste informazioni ci permette di rispondere ad una delle interessanti domande sulla relazione tra i mammut e i suoi parenti viventi, l'elefante africano e asiatico, che hanno tutti in comune un antenato di 7 milioni di anni fa, ma il genoma del mammut mostra di avere un antenato in comune più recente con gli elefanti asiatici circa 6 milioni di anni fa, quindi più vicino all'elefante asiatico.
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.
Con i progressi nella tecnologia di analisi del DNA antico, possiamo iniziare a sequenziare i genomi di queste altre forme estinte di mammut che ho citato, e voglio citarne due: il mammut lanoso e il mammut columbiano, che hanno vissuto entrambi molto vicini durante i picchi di glaciazione. Quando i ghiacciai erano enormi in Nordamerica, i mammut lanosi sono stati spinti in questi ecotoni subglaciali, e sono entrati in contatto con i parenti che vivevano a sud, e lì hanno condiviso un rifugio, anzi, qualcosa di più di un rifugio. Sembra che si siano incrociati. Ed è un aspetto non raro nei proboscidati, perché si è scoperto che i grandi elefanti maschi della savana battevano i più piccoli elefanti della foresta per le femmine. Quindi i grandi mammut columbiani senza pelliccia surclassavano i maschi lanosi più piccoli. Mi ricorda un po' il liceo, purtroppo.
(Laughter)
(Risate)
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.
Non è di poco conto, considerato che vogliamo risuscitare specie estinte, perché si scopre che un elefante africano e uno asiatico possono di fatto incrociarsi e avere dei piccoli, ed è successo casualmente in uno zoo a Chester, nel Regno Unito, nel 1978. Questo significa che possiamo prendere i cromosomi di un elefante asiatico, modificarli in tutte le posizioni in cui siamo riusciti a distinguerli con il genoma del mammut, metterli in una cellula enucleata, differenziare quest'ultima in una cellula staminale, di conseguenza differenziarla magari nello sperma, inseminare artificialmente un uovo di elefante asiatico, e tramite una procedura lunga e faticosa, riportare una cosa che somiglia a questa. Non sarebbe una replica esatta, perché i corti frammenti di DNA di cui vi ho raccontato ci impediranno di costruire la stessa esatta struttura, ma assomiglierebbe molto a un mammut lanoso.
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.
Quando ne parlo con gli amici, discutiamo spesso di dove lo metterei. Dove metterai un mammut? Non esiste un ambiente o un habitat adatto. In realtà non è vero. Ci sono habitat nel nord della Siberia e nello Yukon che potrebbero ospitare un mammut. Ricordate, era un animale molto adattabile che viveva in climi estremamente variabili. Questo paesaggio sarebbe facilmente in grado di ospitarlo, e devo ammettere che non c'è una parte del bambino in me, il ragazzo in me, che non vorrebbe vedere queste creature maestose attraversare ancora una volta il permafrost del nord, ma devo ammettere che parte dell'adulto che è in me qualche volta si chiede se dovremmo farlo o no.
Thank you very much.
Grazie infinite.
(Applause)
(Applausi)
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?
Ryan Phelan: Non se ne vada. Ci ha lasciato con una domanda. Sono sicura che se lo chiedono tutti. Quando dice, "Dovremmo?" sembra che lei sia riluttante, eppure ci ha dato l'idea che sia possibile. Perché è riluttante?
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.
Hendrik Poinar: Non credo sia riluttanza. Credo solo che dovremmo pensare molto alle implicazioni, alle ramificazioni delle nostre azioni, e quindi finché manteniamo una buona, profonda discussione come stiamo facendo ora, credo che possiamo arrivare a una soluzione del perché lo facciamo. Ma voglio solo assicurarmi prima di tutto che dedichiamo tempo a pensare al perché lo facciamo.
RP: Perfect. Perfect answer. Thank you very much, Hendrik.
RP: Perfetto. Risposta perfetta. Grazie infinite, Hendrik.
HP: Thank you. (Applause)
HP: Grazie. (Applausi)