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.
Toen ik jong was, keek ik altijd door mijn vaders microscoop naar de insecten in amber die hij thuis had. Ze waren opvallend goed bewaard gebleven, met fenomenale morfologie. Toen verbeeldden we ons dat ze ooit zouden herleven. Ze zouden uit de hars kruipen en als ze konden, zouden ze wegvliegen.
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.
Als je me 10 jaar geleden had gevraagd of we ooit het genoom van uitgestorven dieren zouden kunnen sequencen, dan zou ik gezegd hebben dat dat onwaarschijnlijk was. Als je had gevraagd of we uitgestorven soorten echt tot leven zouden kunnen wekken, Als je had gevraagd of we uitgestorven soorten echt tot leven zouden kunnen wekken, dan had ik dat als droombeeld bestempeld. Maar verbazingwekkend genoeg sta ik vandaag hier, om jullie te vertellen dat we tegenwoordig niet alleen uitgestorven genomen kunnen sequencen, wat daadwerkelijk gebeurt, maar dat zelfs uitgestorven soorten laten herleven binnen bereik is. misschien niet die insecten in amber – deze mug is trouwens misschien niet die insecten in amber – deze mug is trouwens als inspiratie voor 'Jurassic Park' gebruikt – maar van wolharige mammoeten, de goed geconserveerde resten van wolharige mammoeten in de permafrost.
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.
Wolharigen zijn een bijzonder interessant en typerend beeld van de IJstijd. Ze waren enorm. Ze waren harig. Ze hadden enorme slagtanden. We lijken een hechte band met ze te hebben, net als met olifanten. Misschien omdat olifanten veel met ons gemeen hebben. Ze begraven hun doden. Ze voeden hun familieleden op. Ze hebben heel hechte sociale verbanden. Misschien is het omdat we door ons verre verleden verbonden zijn omdat olifanten, net als wij, oorspronkelijk in Afrika waren zo'n zeven miljoen jaar geleden. Omdat habitats veranderden en omgevingen veranderden, zijn we net als de olifanten weg gemigreerd, naar Europa en Azië.
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.
De eerste grote mammoet die opkomt, is meridionalis, die 4 meter hoog was en ongeveer 10 ton woog. Het was een aan het bos aangepaste soort, die zich helemaal van West-Europa door Centraal Azië verspreidde over de Bering landbrug en delen van Noord-Amerika in. En toen het klimaat weer veranderde, zoals gewoonlijk, en nieuwe habitats ontstonden, kregen we de komst van een aan de steppe aangepaste soort in Centraal-Azië, die trogontherii heette, die meridionalis naar West-Europa verdreef. De open grasland savannes van Noord-Amerika kwamen vrij, wat leidde tot de Amerikaanse mammoet, een grote, onbehaarde soort uit Noord-Amerika. Pas zo'n 500.000 jaar later kwam de wolharige mammoet, die we allemaal kennen en waar we zo dol op zijn. Hij verspreidde zich vanuit het oosten van de Beringlandbrug over Centraal Azië, en verdreef de trogontherii daar op zijn beurt door Centraal Europa, en migreerde gedurende honderdduizenden jaren heen en weer over de Beringlandbrug gedurende glaciale piektijden. Ze kwamen in direct contact met hun Amerikaanse familieleden uit het Zuiden. Ze overleefden daar honderdduizenden jaren gedurende traumatische klimaatveranderingen. We hebben hier een heel flexibel dier dat goed met enorme temperatuurschommelingen en omgevingsveranderingen kan omgaan. Ze overleven op het vasteland tot zo'n 10.000 jaar geleden, en zelfs, verrassend genoeg, op de eilandjes bij Siberië en Alaska tot zo'n 3.000 jaar geleden. Dus de Egyptenaren bouwen pyramiden en wolharigen leven nog steeds op eilanden.
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.
En dan verdwijnen ze. Net als 99% van alle dieren die ooit hebben geleefd, sterven ze uit, waarschijnlijk door een opwarming van het klimaat en snel oprukkende dichte bossen die zich noordwaarts verspreiden, en ook, zoals wijlen de grote Paul S. Martin het ooit stelde: waarschijnlijk Pleistocene <i>overkill,</i> dus de grootwild-jagers die ze uitroeiden.
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.
Gelukkig vinden we miljoenen overblijfselen van ze, bezaaid over de permafrost, diep begraven in Siberië en Alaska. En we kunnen daar heen gaan en ze eruit halen. Ze zijn weer fenomenaal geconserveerd, net als die insecten in amber. Ze zijn weer fenomenaal geconserveerd, net als die insecten in amber. Dus je hebt tanden, botten met bloed dat eruitziet als bloed, je hebt haar, en je hebt intacte karkassen of koppen waar nog hersenen inzitten. en je hebt intacte karkassen of koppen waar nog hersenen inzitten.
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.
De conservering en het overleven van DNA hangt van veel factoren af, en ik moet toegeven, de meeste daarvan begrijpen we nog niet helemaal. Maar afhankelijk van wanneer een organisme sterft en hoe snel het begraven is, de diepte waarop het is begraven, de temperatuurconstantheid van de begravingsomgeving, zal uiteindelijk uitwijzen hoe lang DNA zal overleven gedurende tijdsperioden van geologische betekenis. Het is waarschijnlijk verrassend voor velen van jullie hier, dat de duur niet zo belangrijk is, het is niet de tijdsduur van conservering, het belangrijkst is de gelijkmatigheid van de conserveertemperatuur.
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.
Stel dat we nu diep in de botten en tanden zouden kijken, die het fossilisatieproces overleefd hebben. Het DNA dat ooit intact was, strak om histon-eiwitten gewikkeld, wordt nu aangevallen door de bacteriën die jarenlang symbiotisch met de mammoet hebben geleefd. de bacteriën die jarenlang symbiotisch met de mammoet hebben geleefd. Dus die bacteriën, samen met de omgevingsbacteriën en water en zuurstof, breken het DNA op in steeds kleinere DNA-fragmentjes, tot er niets overblijft dan fragmenten van 10 basenparen of, in het beste geval, een paar honderd basenparen lang. De meeste fossielen in het fossielenbestand hebben totaal geen organische signatuur meer. Slechts enkele bevatten daadwerkelijk DNA-fragmenten die duizenden, zelfs enkele miljoenen jaren hebben overleefd. Met de allernieuwste cleanroom-technologie, hebben we manieren ontwikkeld om dat DNA uit de rest van die zooi te trekken. Het zal jullie niet verbazen dat als ik DNA uit mammoetbotten of -tanden haal, dat dat dan mammoet-DNA zal zijn, maar ik krijg ook alle bacteriën die ooit met die mammoet hebben geleefd, en, nog ingewikkelder, ik krijg alle DNA die in die omgeving ook heeft overleefd. Dus bacteriën, schimmels, enzovoort. Dus is het niet verrassend dat een in de permafrost geconserveerde mammoet, zo'n 50% mammoet-DNA bevat, terwijl iets als de Amerikaanse mammoet, ooit levend en nu begraven in een milder klimaat, maar zo'n 3 tot 10% endogeen DNA-materiaal bevat.
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?
We hebben heel slimme technieken bedacht om mammoet-DNA te onderscheiden van niet-mammoet-DNA – te scheiden en te onderscheiden. Nu we grote volumes DNA kunnen sequencen, kunnen we al die mammoetfragmentjes eruit pikken en met behulp van bio-informatica herschikken. We plaatsen ze op een kapstok van een Aziatische of Afrikaanse olifant-chromosoom. Hierdoor krijgen we alle puntjes waarop een mammoet en een Aziatische olifant van elkaar verschillen. Wat weten we dan van een mammoet?
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.
Het mammoetgenoom is bijna volledig en we weten dat het enorm groot is, met recht een <i><b>mammoet-</b></i>genoom. Het menselijk genoom bestaat uit zo'n 3 mijard basenparen, maar een olifant- en mammoetgenoom is zo'n 2 miljard basenparen groter. Het meeste daarvan bestaat uit kleine herhalende stukjes DNA, die het erg moeilijk maken om echt de hele genoomstructuur te herschikken.
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.
Deze informatie helpt ons een interessante vraag te beantwoorden over de relatie van mammoeten met hun levende familieleden, de Afrikaanse en Aziatische olifant. Zeven mijoen jaar geleden deelden zij dezelfde voorouder, maar het mammoetgenoom laat zien dat het een vrij recente gezamenlijke voorouder deelt met Aziatische olifanten, zo'n zes miljoen jaar geleden, die net iets dichter bij de Aziatische olifant staat.
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.
Met de vooruitgang in oeroud DNA-technologie, kunnen we nu echt beginnen met het sequencen van de genomen van die andere uitgestorven mammoeten die ik noemde. Over twee daarvan wil ik het hebben: de wolharige en de Amerikaanse mammoet. Beide leefden heel dicht bij elkaar tijdens glaciale piektijden, toen de ijskappen enorm waren in Noord-Amerika, verdreef dat de wolharige mammoeten naar deze subglaciale overgangszones. Ze kwamen in contact met de zuidelijk levende mammoetsoort en ze deelden wijkplaatsen, en niet alleen die wijkplaatsen, blijkt. Er lijken zelfs kruisingen te zijn opgetreden. Dat is geen ongewone eigenschap van <i>Proboscidea,</i> want het blijkt dat grote mannelijke savanneolifanten het beter doen bij de vrouwtjes dan de kleinere bosolifanten. Dus grote, haarloze Amerikanen deden het beter dan de kleine wolharige mannetjes. Dat doet me, jammer genoeg, een beetje aan de middelbare school denken. (Gelach)
(Laughter)
Dat doet me, jammer genoeg, een beetje aan de middelbare school denken. (Gelach)
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.
Dus het is niet triviaal, gegeven het idee dat we uitgestorven soorten willen laten herleven, omdat blijkt dat een Afrikaanse en een Aziatische olifant gekruist kunnen worden en levende jongen kunnen krijgen. Dat is per ongeluk al eens gebeurd in een dierentuin in Chester, V.K., in 1978. Dat is per ongeluk al eens gebeurd in een dierentuin in Chester, V.K., in 1978. Dus dat betekent dat we Aziatische olifantchromosomen kunnen modificeren op alle plekken die we nu hebben kunnen onderscheiden met het mammoetgenoom. Dat kunnen we in een cel stoppen waar de celkern uit is verwijderd en die tot stamcel laten differentiëren, en vervolgens bijvoorbeeld tot zaadcel, een Aziatisch olifanteneicel kunstmatig insemineren en na een lange, moeizame procedure, iets terugbrengen wat er zo uitziet. Het zal geen exacte replica zijn, omdat de DNA-fragmentjes waar ik over vertelde ons de exacte structuur niet zullen laten bouwen, maar het zou iets opleveren dat erg op een wolharige mammoet zou lijken.
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.
Als ik hier met mijn vrienden over praat, hebben we het vaak over waar je hem zou laten. Waar breng je een mammoet onder? Er zijn geen geschikte klimaten of habitats. Nu is dat niet helemaal het geval. Er blijken habitatzones in Noord-Siberië en de Yukon te zijn, die een mammoet zouden kunnen herbergen. in Noord-Siberië en de Yukon te zijn, die een mammoet zouden kunnen herbergen. Bedenk dat dit een enorm flexibel dier was, dat gigantische klimaatvariaties overleefde. Dus dit landschap zou met gemak een mammoet kunnen herbergen. Ik geef toe dat het kind in me niets liever zou zien dan deze majestueuze wezens, lopend over de noordelijke permafrost. Tegelijkertijd geef ik toe dat de volwassene in me zich soms afvraagt of we dat wel zouden moeten willen.
Thank you very much.
Hartelijk bedankt.
(Applause)
(Applaus)
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: Blijf nog even. Je hebt ons voor een vraag gesteld. Ik weet zeker dat iedereen zich dit afvraagt. Als je zegt: "Zouden we dat moeten willen?” dan voelt het of je daarin terughoudend bent, terwijl je ons een beeld hebt geschetst dat het zo goed mogelijk is. Wat weerhoudt je?
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: Ik denk niet dat het terughoudendheid is. Het is gewoon zo dat ik denk dat we heel diep moeten nadenken over de implicaties, de gevolgen van onze acties. En zo lang als we een goede, inhoudelijke discussie voeren, zoals we hier doen, denk ik dat we met een heel goede oplossing kunnen komen waarom we het moeten doen. Maar ik wil ervoor zorgen dat we eerst tijd nemen om erover na te denken waarom we dit doen.
RP: Perfect. Perfect answer. Thank you very much, Hendrik.
RP: Perfect. Een perfect antwoord. Heel hartelijk dank, Hendrik.
HP: Thank you. (Applause)
HP: Bedankt. (Applaus)