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.
Когда я был маленьким, я любил рассматривать через микроскоп моего отца ископаемых насекомых, заключенных в янтарь, которых он хранил дома. Выглядели они замечательно, просто безукоризненно с точки зрения строения. И нам нравилось представлять, что когда-нибудь они оживут, вылезут из смолы и, если смогут, улетят.
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.
Если бы 10 лет назад меня спросили, смогут ли учёные когда-нибудь воссоздать ДНК исчезнувших видов, я бы ответил: «Нет, маловероятно». Если бы меня спросили, сможем ли мы дать новую жизнь исчезнувшим видам, я бы ответил: «Несбыточные мечты». Удивительно, но сегодня я здесь для того, чтобы рассказать вам, что секвенирование геномов вымерших видов — это обычная практика в современной науке, и возрождение исчезнувших видов — наша ближайшая перспектива. Может, не из насекомых в янтаре — этим комаром, кстати, вдохновлялись создатели «Парка Юрского периода» — а из шерстистого мамонта, а точнее из его останков, хорошо сохранившихся в вечной мерзлоте.
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.
Шерстистые мамонты особенно интересны. Это типичные представители Ледникового периода. Они были большими, лохматыми. У них были длинные хоботы. Кажется, что между нами существует глубокая связь, точно как со слонами. Вероятно, потому, что слоны во многом похожи на нас. Они хоронят умерших. Они обучают своих родственников. Их отличает наличие тесных социальных связей. Но, может быть, причина кроется в глубине веков, ведь слоны, как и мы, произошли из Африки около семи миллионов лет назад. Со временем окружающая среда начала меняться, и мы, как и слоны, мигрировали в Европу и Азию.
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.
Древнейшим мамонтом считается южный мамонт, высота которого достигала 4-х метров, а вес — 10-ти тонн. Этот вид обитал в лесистой местности. Из Западной Европы он мигрировал в Центральную Азию, пересёк Берингов перешеек и проник в Северную Америку. Когда изменился климат (а такое часто случается) и появились новые места обитания, в Центральную Азию прибыл адаптированный к степной местности вид, известный как степной мамонт, который вытеснил южного мамонта в Западную Европу. А в Северной Америке появились открытые травяные саванны, и это привело к появлению мамонта Колумба — большого безволосого вида, обитавшего в Северной Америке. И только через 500 000 лет появился шерстистый мамонт, которого мы все знаем и любим. Со своей родины Берингии он распространился по Центральной Азии, вытеснив оттуда южного мамонта в Центральную Европу. И в течение сотен тысяч лет во время ледникового периода шерстистый мамонт мигрировал то туда, то обратно через Берингов Перешеек, попутно контактируя со своими родственниками, мамонтами Колумба, обитающими на юге. В течение сотен тысяч лет они переживали там экстремальные климатические изменения. Эти животные легко адаптировались к резким колебаниям температуры и хорошо приспосабливались к изменениям окружающей среды. Они успешно выживали на континенте до 10 000 лет тому назад. Но что удивительно, на маленьких островах недалеко от Сибири и Аляски они обитали вплоть до 3-х тысячелетий назад. Представьте, египтяне строят пирамиды, а в это время шерстистые мамонты живут себе на островах.
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.
Но потом они исчезают. Как и 99% всех животных, обитавших когда-то на Земле, вероятно, они вымерли из-за потепления климата и быстро разраставшихся на севере густых лесов. Возможно, как сказал великий Пол Мартин [американский ученый-географ], из-за плестоцейнского массового уничтожения — своего рода сафари, в ходе которого убивали мамонтов.
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.
К счастью, мы находим огромное количество их останков, зарытых глубоко в вечной мерзлоте в Сибири и на Аляске. Мы проводим там раскопки и извлекаем останки. И, как насекомые в янтаре, они замечательно сохранены. Поэтому у нас есть их зубы, кости с кровью (она даже выглядит как кровь), шерсть и неповреждённые черепа, внутри которых даже сохранились мозги.
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.
Дело в том, что сохранность ДНК зависит от многих факторов, и я должен признать, что большинство из них ещё не изучены. Но в зависимости от того, когда организм погиб, как быстро он был погребён и насколько глубоко, а также в зависимости от температуры в месте погребения, определяется период сохранности ДНК на шкале геологически значимого периода времени. Вероятно, многие из присутствующих в этом зале удивятся, услышав, что определяющую роль здесь играет не время, и не срок консервации, а стабильность температуры в данной среде.
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.
Если бы мы сейчас начали серьёзно исследовать кости и зубы, пережившие процессы окаменения, цепочки ДНК, которые когда-то были неповреждёнными и плотно свернутыми вокруг гистонов [белки, образующие комплекс, связывающийся с ДНК], были бы атакованы бактерией, существовавшей с мамонтом в течение всей его жизни. Вместе с бактериями из окружающей среды, свободной водой и кислородом она разделяет цепочки ДНК на всё меньшие и меньшие фрагменты. В итоге мы имеем фрагменты длинной от десяти, а в лучшем случае до нескольких сотен базовых пар. Большинство ископаемых в геологической летописи полностью лишены каких-либо органических следов. Тем не менее, некоторые из них всё же содержат фрагменты ДНК, которые пережили тысячелетия и даже миллионы лет. C помощью современных технологий чистых помещений мы нашли способы отделять ДНК от остального мусора вокруг него. Все присутствующие в этом зале понимают, что если я возьму зуб или кость мамонта и извлеку из них ДНК, я получу ДНК мамонта, но вместе с бактериями, которые сосуществовали с ним. Усложняет задачу то, что там будут перемешаны ДНК всех организмов, оказавшихся с мамонтом в одной среде, — бактерий, грибов и так далее. Неудивительно, что ДНК мамонта, сохранившаяся в вечной мерзлоте, примерно наполовину содержит генетический материал самого мамонта, в то время как, например, у мамонта Колумба, обитающего и похороненного при более высоких температурах, оригинальными будут всего от трех до десяти процентов ДНК.
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?
У нас есть эффективные способы, позволяющие отличать ДНК мамонта от ДНК других организмов. Используя преимущества высокопроизводительной технологии секвенирования, мы можем извлечь и соединить все маленькие фрагменты ДНК мамонта и упаковать их в хромосому африканского или азиатского слона. Сделав это, мы увидим все маленькие различия, существующие между мамонтом и азиатским слоном. И что же мы тогда узнаем о мамонте?
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.
Анализ генома мамонта практически завершён, и мы знаем, что он действительно огромен. Он же мамонт. В человеческом геноме около трёх миллиардов базовых пар, но в геноме слона и мамонта примерно на два миллиарда пар больше. И большая часть состоит из маленьких повторяющихся последовательностей ДНК, поэтому восстановить всю структуру генома очень сложно.
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.
Вся эта информация позволяет нам ответить на один из наиболее интересных вопросов о связи между мамонтами и их ныне живущими родственниками, африканскими и азиатскими слонами, которые произошли от одного предка 7 миллионов лет назад. Но геном мамонта демонстрирует, что последнего общего предка мамонты делили с азиатскими слонами около шести миллионов лет назад. Так что мамонты чуть ближе к азиатским слонам.
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.
С высокими технологиями в области исследований ДНК мы уже можем начать процесс извлечения генов тех видов мамонтов, о которых я говорил сегодня. Давайте поговорим о двух видах — шерстистом мамонте и мамонте Колумба, которые жили недалеко друг от друга во времена ледниковых периодов. Когда в Северная Америка покрылась массивными ледниками, шерстистые мамонты были вытеснены в межледниковые экологические зоны, где они встретили своих сородичей, обитающих ближе к югу. И с ними они разделили своё изгнание, но, как оказалось, дело зашло немного дальше. Судя по всему, они даже скрещивались. Это характерно для хоботных. Мы выяснили, что крупные самцы саванных слонов конкурируют с меньшими лесными слонами за их самок. Так что большие бесшёрстые южные мамонты вытеснили меньших шерстистых мамонтов из борьбы за самок. Это напоминает мне старшую школу.
(Laughter)
(Смех)
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.
Так что это достаточно оправданная идея — возродить вымершие виды, потому что что африканские и азиатские слоны могут скрещиваться и производить здоровое потомство, что, кстати, и случилось в зоопарке Честера, в Великобритании, в 1978 году. Это значит, что хромосомы азиатского слона мы можем модифицировать так, чтобы они походили на фрагменты генома мамонта, которые мы распознали, а затем поместить их в клетку без ядра, вырастить стволовую клетку и, возможно, получить из неё сперматозоид, чтобы искусственно оплодотворить яйцеклетку азиатского слона и в результате этого длительного и сложного процесса возвратить нечто похожее на мамонта. Конечно, это не будет его точной копией, потому что из коротких фрагментов ДНК, о которых я рассказывал вам, невозможно воссоздать точную структуру генома, но должно получиться существо, которое на вид и на ощупь напоминает шерстистого мамонта.
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.
Когда мы разговариваем на эту тему с друзьями, мы часто думаем о том, что с ним потом делать. Где бы вы стали держать мамонта? Кажется, что нет ни подходящего климата, ни среды обитания. Но на самом деле есть. Оказывается, есть целый ряд мест на севере Сибири и на Юконе, где мамонты действительно могли бы жить. Вспомните, этот высоко адаптивный вид выдерживал масштабные изменения климата. Так что этот ландшафт с лёгкостью бы их принял. И я должен признаться, что во мне живёт мальчишка, который был бы счастлив увидеть этих величественных созданий, шествующих снова через вечную мерзлоту севера, но голос взрослого человека во мне иногда спрашивает: а должны ли мы это делать?
Thank you very much.
Большое спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)
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?
Райан Фелан: Не уходите. Остался вопрос, который мы хотим Вам задать. Я уверен, всем хочется знать. Когда Вы спросили, следует ли нам это делать, это звучало как будто Вы достаточно сдержанно относитесь к этому. Но Вы показали нам, что всё это не фантазия, а возможная реальность. Что сдерживает Ваш энтузиазм?
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.
Х.П.: Я не думаю, что это сдержанность. Я считаю, что нам нужно очень хорошо подумать о результатах и последствиях нашей деятельности. И при условии, что этот вопрос будет всесторонне обсуждаться, как, например, сейчас, мы найдём хорошее объяснение необходимости такого шага. Я хочу, чтобы мы дали себе время хорошо подумать, зачем именно мы это сделаем.
RP: Perfect. Perfect answer. Thank you very much, Hendrik.
Р.Ф.: Замечательно. Идеальный ответ. Огромное спасибо, Хендрик.
HP: Thank you. (Applause)
Х.П.: Спасибо. (Аплодисменты)