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.
När jag var en liten pojke, brukade jag titta genom min fars mikroskop på insekterna i bärnsten som han hade i huset. Och de var anmärkningsvärt väl bevarade, morfologiskt sett fenomenala, helt enkelt. Och vi brukade fantisera om att en dag, skulle de verkligen komma till liv och krypa ut ur kådan, och om de kunde, skulle de flyga bort.
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.
Om ni hade frågat mig för 10 år sedan om vi någonsin skulle kunna sekvensera utdöda djurs arvsmassa, Så skulle jag ha sagt, det är osannolikt. Om ni hade frågat om vi faktiskt skulle kunna återuppliva en utdöd art, Så skulle jag ha sagt, önskedröm. Men nu står jag faktiskt här idag, otroligt nog, för att säga er att inte bara är kartläggningen av utdöda gener en möjlighet utan, faktiskt en nutida verklighet, och återupplivandet av en utdöd art är inom räckhåll, kanske inte från insekterna i bärnsten -- i själva verket användes denna mygga faktiskt som inspirationen för "Jurassic Park"- men av ullhåriga mammutar, de välbevarade resterna av mammutar i permafrosten.
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.
'Ullisar' är en särskilt intressant, karakteristisk bild från istiden. De var stora. De var håriga. De hade stora betar, och vi verkar ha en mycket djup förbindelse med dem, som vi har med elefanter. Kanske för att elefanter har många saker gemensamt med oss. De begraver sina döda. De utbildar sina anhöriga. De har sociala grupper som står varandra mycket nära. Eller kanske för att vi är sammanbundna sedan lång tid, eftersom elefanter, precis som vi, har sitt ursprung i Afrika för omkring sju miljoner år sedan, och allteftersom livsmiljöer och klimat förändrades, flyttade vi, liksom elefanterna, bort till Europa och Asien.
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.
Så den första stora mammuten som träder fram på scenen är meridionalis, som var fyra meter hög, vägde cirka 10 ton, och var anpassad till skogsmarker och spred sig från västra Europa över hela Centralasien, över Berings landbrygga och till delar av Nordamerika. Och sedan, allteftersom klimatet förändrades, som det alltid gör, och nya livsmiljöer blev åtkomliga, kom en art fram som var anpassad till den Centralasiatiska stäppen, stäppmammutten trogontherii, och knuffade undan meridionalis till västra Europa. När de öppna gräsmarkerna i Nordamerika kom fram dök Columbiamammuten upp, en stor, hårlös art i Nordamerika. Och det var egentligen bara cirka 500 000 år senare som den ullhåriga trädde fram, den som vi alla känner till och älskar så mycket, som spred sig från en ursprungspunkt öster om Berings sund över Centralasien, och knuffade i sin tur trogontherii tillbaks genom Centraleuropa, och över hundratusentals år migrerade fram och tillbaka över Berings landbrygga under perioder av maximal isutbredning och kom i direkt kontakt med de columbianska släktingarna som bodde i söder, och där överlevde de i hundratusentals år under traumatiska klimatförändringar. Så det är ett mycket elastiskt djur som hanterar stora övergångar i temperatur och omgivning, och gör mycket, mycket bra ifrån sig. Och där överlevde de på fastlandet tills för ca 10 000 år sedan, och faktiskt, överraskande nog, på de små öarna nära Sibirien och Alaska till för ungefär 3000 år sedan. Så egyptierna byggde pyramider och ullisarna levde fortfarande på öar.
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.
Och sedan försvinner de. Liksom 99 procent av alla djurarter som någonsin har levt, dör de ut, sannolikt på grund av ett varmare klimat och täta, snabbinkräktande skogar som sprider sig norrut, och också, som den stora, nu avlidna Paul Martin en gång sade, förmodligen pleistocen överdrift, alltså viltjägarna som tog dem.
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.
Lyckligtvis finner vi miljontals av deras kvarlevor strödda över permafrosten, djupt begravda, i Sibirien och Alaska, och vi kan faktiskt gå upp dit och gräva ut dem. Och deras tillstånd är, återigen, som de där insekterna i kåda, fenomenalt. Så du har tänder, ben med blod i, som ser ut som blod, du har hår, och du har intakta kroppar eller huvuden som fortfarande har hjärnor i sig.
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.
Så hur pass väl DNA bevaras och överlever beror på många faktorer, och jag måste erkänna, vi förstår fortfarande inte riktigt de flesta, men beroende på när en organism dör och hur snabbt den är begravd, djupet på begravningen, hur pass beständig temperaturen är i den begravningsmiljön, kommer till slut diktera hur länge DNA överlever över geologiskt betydelsefulla tidsramar. Och det förvånar förmodligen många av er som sitter här idag att det inte är tiden som är avgörande, det är inte heller bevaringslängden. Det är beständigheten av begravningstemperaturen som är mest avgörande.
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.
Så om vi nu skulle gå djupt in i benen och tänderna som faktiskt överlevt fossiliseringsprocessen, DNA som en gång var intakt, tätt svept runt histonproteiner, är nu under attack från bakterierna som levde symbiotiskt med mammuten i flera år under sin livstid. Så de bakterierna, tillsammans med miljöbakterier, vatten och syre, bryter faktiskt ner DNA:t i mindre och mindre och mindre DNA-fragment, tills allt du har är fragment med en intervall av 10 baspar, i bästa fall några hundra baspar lång. Så de flesta fossiler i historien saknar faktiskt helt alla organiska kännetecken. Men några av dem har DNA-fragment som överlever i tusentals, även miljontals år. Och med hjälp av ultramodern renrumsteknik, har vi utarbetat sätt att faktiskt dra ut denna DNA från resten av smörjan därinne, och det kommer inte att förvåna någon av er som sitter här i rummet att om jag tar ett mammutben eller en tand och jag extraherar dess DNA för att få mammut DNA, så får jag också alla bakterier som en gång bodde på mammuten, och, ännu mer komplicerat, så får jag all DNA som överlevde i samma miljö som den, så bakterier, svamp, och så vidare och så vidare. Det är heller inte förvånande att en mammut som är bevarad i permafrosten kommer att ha något i närheten av 50 procent av dess mammut DNA, medan till exempel columbiamammuten, som har bott och blivit begravd i en tempererad miljö bara har 3 till 10 procent rent DNA.
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?
Men vi har kommit på mycket smarta sätt för att kunna diskriminera, infånga och diskriminera, mammut från icke-mammut DNA, och med framstegen inom storskalig sekvensering, kan vi faktiskt dra ut och bioinformatiskt pussla om alla dessa små mammutfragment och placera dem på en asiatisk eller afrikansk elefant kromosoms ryggrad. Och på det viset, kan vi hitta alla små punkter som skiljer mellan en mammut och en asiatisk elefant, och vad vet vi sedan om en 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.
Tja, mammutgenomet är nästan helt avkodat, och vi vet att det är faktiskt riktigt stort. Det är stort som en mammut. En hominid arvsmassa ligger på cirka tre miljarder baspar, men en elefants eller mammuts arvsmassa är cirka två miljarder baspar större, och består till stor del av små, repetitiva DNA som gör det mycket svårt att faktiskt pussla ihop hela genomstrukturen.
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.
Så den här informationen gör det möjligt för oss att svara på en av de intressanta släktskapsfrågorna mellan mammutar och deras levande släktingar, den afrikanska och den asiatiska elefanten, som alla delade en anfader sju miljoner år sedan, men mammutgenomet visar att den delar en senare gemensam förfader med den asiatiska elefanten för ungefär sex miljoner år sedan, så den är något närmare den asiatiska elefanten.
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.
Med framsteg inom forntida DNA-teknik, kan vi faktiskt nu börja sekvensera genomet hos de andra utdöda mammutarter som jag nämnde, och jag ville bara tala om två av dem, den ullhåriga och columbiamammuten; båda bodde mycket nära varandra under perioder av maximal isutbredning, så när glaciärerna var massiva i Nordamerika, sköts ullisarna in i dessa subglaciala ekotoner, och kom i kontakt med släktingarna som bodde i söder, och de delade refugier, och lite mer än refugier, visar det sig. Det ser ut som om det blev en del korsning. Detta är inte är ett ovanligt inslag hos elefantdjur, eftersom det visar sig att stora elefanthannar från savannen utkonkurrerar de mindre skogselefanterna för deras honor. Så stora, hårlösa columbiamammutar utkonkurrerar de mindre ullishanarna. Det påminner mig lite om gymnasiet, tyvärr.
(Laughter)
(Skratt)
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.
Så är detta inte trivialt, med tanke på att vi vill återuppliva utdöda arter, eftersom det visar sig att en afrikansk och en asiatisk elefant faktiskt kan korsas och ha levande barn, och detta har faktiskt inträffat av en slump i en djurpark i Chester, Storbritannien, 1978. Så det betyder att vi kan ta kromosomer från en asiatisk elefant, förflytta dem till alla de positioner vi nu har kunnat urskilja med mammutgenomet, vi kan placera det i en cell utan kärna, differentiera det till en benmärgscell, därefter kanske differentiera det till en spermie, artificiellt inseminera ett asiatiskt elefantägg, och efter en lång och mödosam process, faktiskt få tillbaka något som ser ut så här. Detta skulle inte vara en exakt kopia, eftersom de korta DNA fragmenten som jag pratade om tidigare kommer att hindra oss från att bygga den exakta strukturen, men det skulle skapa något som såg ut som och kändes mycket lik en ullig mammut.
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.
När jag pratar om detta med mina vänner, säger vi ofta, ja, var skulle man ha den? Var kan man hysa en mammut? Det finns inga lämpliga klimat eller livsmiljöer. Men det är faktiskt inte sant. Det visar sig att det finns områden av livsmiljö i norra Sibirien och Yukon som faktiskt kunde hysa en mammut. Kom ihåg att detta var ett mycket anpassningsbart djur som bodde i enormt varierande klimat. Så detta landskap skulle lätt kunna hysa den, och jag måste erkänna att en del av barnet i mig, pojken i mig, skulle älska att se dessa majestätiska varelser vandra över permafrosten i norr än en gång, men jag måste erkänna en del av den vuxna i mig undrar ibland huruvida vi borde.
Thank you very much.
Tack så mycket.
(Applause)
(Applåder)
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: Gå inte ännu. Du har lämnat oss med en fråga. Jag är säker på att alla frågar detta. När du säger, "Ska vi?" Det känns som om du är förtegen där, och ändå du har gett oss en vision av att det är möjligt. Varför så tyst?
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: Jag tror inte det är förtegenhet. Jag tycker bara att vi måste tänka mycket djupt på konsekvenserna, följderna av våra handlingar, och så länge vi har goda, djupa diskussioner som vi har nu, tror jag att vi kan nå en mycket bra lösning om anledningarna att göra det. Men jag vill bara se till att vi först tar oss tid på att fundera över varför vi gör det.
RP: Perfect. Perfect answer. Thank you very much, Hendrik.
RP: Perfekt. Perfekt svar. Tack så mycket, Hendrik.
HP: Thank you. (Applause)
HP: Tack. (Applåder)