คำถามแมมมอ ธ มากมาย
ถนนที่จะนำกลับมาแมมมอ ธ- ยักษ์ที่สูญพันธุ์ในตอนท้ายของยุคน้ำแข็งสุดท้าย - เต็มไปด้วยอุปสรรค
นักวิทยาศาสตร์ได้รวบรวมจีโนมของแมมมอ ธ ที่แตกต่างกันสี่ตัวในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา หากลูกวัวแมมมอ ธ เกิดมาจะเรียนรู้วิธีการประพฤติตนโดยไม่มีพ่อแม่หรือฝูงเพื่อนำทางได้อย่างไร
เบ ธ ชาปิโรศาสตราจารย์ด้านนิเวศวิทยาและชีววิทยาวิวัฒนาการที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาครูซกล่าวถึงคำถามเหล่านี้ใน "วิธีการโคลน A แมมมอ ธ : วิทยาศาสตร์แห่งการลดลง" (สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน, 2015) นี่คือ 11 จากความท้าทายมากมายที่เธอพิจารณารวมถึงสิ่งที่เป็นวิทยาศาสตร์จริยธรรมและสิ่งแวดล้อม
หมายเหตุบรรณาธิการ:เรื่องนี้ได้รับการปรับปรุงเมื่อวันที่ 15 กันยายน 2017 เพื่อรวมความจริงที่ว่ามีจีโนมแมมมอ ธ หลายแห่ง
การย่อยสลายดีเอ็นเอ
DNA เริ่มลดลงช่วงเวลาที่สิ่งมีชีวิตตาย สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากเอนไซม์จากเซลล์และสภาพแวดล้อมรวมถึงรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์เริ่มทำลายรหัสพันธุกรรม ออกซิเจนและน้ำยังสามารถเปลี่ยนแปลงได้ดีเอ็นเอแตกเส้นของมัน
บางดีเอ็นเอแมมมอ ธอย่างไรก็ตามมีชีวิตรอดเพราะมันถูกแช่แข็งใน Permafrost ซากแช่แข็งเหล่านี้บางส่วนมีชิ้นส่วนสั้น ๆ ของ DNA - ส่วนใหญ่ระหว่าง 30 ถึง 90 คู่ฐานยาว (คู่ฐานหนึ่งประกอบด้วย "ตัวอักษร" สองตัวของ DNA ที่เชื่อมโยงกัน: cytosine และ guanine หรือ adenine กับ thymine) เพื่อให้จำนวนนี้มีมุมมองมี 3 พันล้านคู่ในจีโนมมนุษย์
อย่างไรก็ตามนักวิจัยกำลังดำเนินการเกี่ยวกับความท้าทาย "ชิ้นส่วนสั้น" นี้โดยใช้จีโนมช้างสมัยใหม่เป็นนั่งร้านชาปิโรบอกกับวิทยาศาสตร์สด
การปนเปื้อนดีเอ็นเอ
Anient DNA มักถูกปนเปื้อนด้วย DNA จากต่างประเทศจากเชื้อรา, แบคทีเรีย, พืช, สัตว์และแม้แต่จากมนุษย์ที่จัดการเพื่อวัตถุประสงค์ในการวิจัย
การปนเปื้อนของ DNA นี้สามารถทำให้นักวิจัยทราบได้ยากว่าโมเลกุล DNA ใดเป็นของสัตว์และมาจากการปนเปื้อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าสัตว์ที่สูญพันธุ์ไม่มีญาติที่มีชีวิตซึ่ง DNA สามารถทำหน้าที่เป็นแผนงาน Shapiro เขียน
โชคดีที่นี่ไม่ใช่เรื่องใหญ่สำหรับแมมมอ ธ เพราะ "เราสามารถแยกแยะแมมมอ ธ [DNA] จากมนุษย์และแบคทีเรีย [DNA]" เธอบอกกับวิทยาศาสตร์การมีชีวิต
ญาติสนิท
นักวิทยาศาสตร์อาจมีเพียงชิ้นส่วนของ DNA แมมมอ ธ แต่พวกเขาสามารถใช้ DNA จากญาติสนิทของแมมมอ ธ-ช้างสมัยใหม่-เพื่อช่วยเติมเต็มช่องว่างทางพันธุกรรม
แมมมอ ธ มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับช้างเอเชียมากขึ้น (ช้างใหญ่ที่สุด) กว่าที่พวกเขาไปช้างแอฟริกัน นักวิจัยในอินเดียอธิบายจีโนมช้างเอเชียในปี 2558 ในวารสารชีวภาพและความพยายามอื่นกำลังดำเนินการอยู่ที่สถาบันกว้างในเคมบริดจ์แมสซาชูเซตส์เพื่อจัดลำดับจีโนมของช้างเอเชีย
แมมมอ ธ และช้างเอเชียเบี่ยงเบนไปเมื่อประมาณ 2.5 ล้านถึง 5 ล้านปีก่อน ถ้าพวกเขาสมมติว่าแตกต่างกันไปเมื่อประมาณ 4 ล้านปีที่แล้วจากนั้นประมาณ 2 เปอร์เซ็นต์ของจีโนมของพวกเขาจะแตกต่างกันไปถึง 70 ล้านความแตกต่างทางพันธุกรรมชาปิโรเขียน
"การอ่านที่ฉันได้รับสั้น แต่ - ตราบใดที่มีญาติสนิทที่มีจีโนมที่มีลำดับ - ฉันยังสามารถแมปอ่านสั้น ๆ เหล่านั้นไปยังจีโนมญาติที่ใกล้เคียงที่สุดและทีละชิ้นใส่จีโนมเข้าด้วยกัน" ชาปิโรบอกวิทยาศาสตร์สดในอีเมล "จะมีชิ้นส่วนที่หายไป ... แต่ส่วนใหญ่จะอยู่ที่นั่น"
การผสมพันธุ์กลับ
นักวิทยาศาสตร์สามารถพยายามนำแมมมอ ธ กลับมาผ่านการผสมพันธุ์ด้านหลัง-นั่นคือการผสมพันธุ์ช้างเอเชียที่มีขนดกที่มีความหนาวเย็นที่สุดเข้าด้วยกันจนกระทั่งรุ่นต่อมาประชากรของช้างที่มีลักษณะคล้ายแมมมอ ธ โผล่ออกมาตาม "วิธีการโคลนแมมมอ ธ "
อย่างไรก็ตามมีความท้าทายหลายประการในการผสมพันธุ์กลับ ช้างไม่ถึงวุฒิภาวะทางเพศจนกว่าจะมีอายุระหว่าง 10 ถึง 18 ปีและการตั้งครรภ์ของพวกเขาเกือบสองปีชาปิโรเขียนไว้ในหนังสือเล่มนี้ ซึ่งหมายความว่าโครงการการผสมพันธุ์หลังใด ๆ จะใช้เวลานานนาน
นอกจากนี้ผลลัพธ์จะไม่เป็นแมมมอ ธ แต่เป็นช้างที่มีลักษณะคล้ายแมมมอ ธ ลักษณะบางอย่างอาจไม่เคยส่งต่อ: แมมมอ ธ ฮีโมโกลบิน (โปรตีนในเลือดที่มีออกซิเจน) เหมาะกว่าที่จะช่วยให้สัตว์ขนาดใหญ่อยู่รอดในสภาพอากาศหนาวเย็น ฮีโมโกลบินนี้แตกต่างจากฮีโมโกลบินช้างโดยการกลายพันธุ์สี่ครั้ง แต่ไม่มีช้างที่มีชีวิตอยู่ทุกวันนี้ที่มีการกลายพันธุ์เหล่านี้หมายความว่าพวกเขาไม่สามารถส่งผ่านพวกเขาไปยังคนรุ่นต่อไปในอนาคตชาปิโร่เขียน
การโคลนนิ่งแมมมอ ธ
ตอนนี้นักวิจัยมีจีโนมแมมมอ ธ ลำดับ (แม้ว่าจีโนมเหล่านี้บางส่วนอาจถูกปนเปื้อนตามการศึกษาในเดือนมีนาคม 2560 ในวารสาร PLOS พันธุศาสตร์) พวกเขาสามารถโคลนแมมมอ ธ โดยใช้การถ่ายโอนนิวเคลียร์ของเซลล์โซมาติก - กระบวนการที่ใช้ทำดอลลี่แกะ- ด้วยการถ่ายโอนนิวเคลียร์ของเซลล์โซมาติกนักวิทยาศาสตร์สกัดนิวเคลียสของเซลล์ (ซึ่งมี DNA) จากสัตว์ที่เรียกว่าผู้บริจาค จากนั้นพวกเขาก็แทรกนิวเคลียสนั้นเข้าไปในเซลล์ไข่ซึ่งมีการกำจัดนิวเคลียสของตัวเองออกจากสัตว์อื่น
มันจะยาก การโคลนนิ่งด้วยการถ่ายโอนนิวเคลียร์นั้นไม่ได้มีประสิทธิภาพมากนักและมักจะทำด้วยการจัดหาเซลล์ที่เก็บเกี่ยวจากสัตว์ที่มีชีวิตได้อย่างไร้ขีด จำกัด ตาม "วิธีการโคลนแมมมอ ธ " อย่างที่เรารู้ไม่มีแมมมอ ธ ที่มีชีวิตชาปิโรเขียน
ยิ่งไปกว่านั้นนักวิทยาศาสตร์จะต้องปลูกฝังตัวอ่อนแมมมอ ธ ลงในช้างเอเชียซึ่งใกล้สูญพันธุ์ส่วนใหญ่มาจากการสูญเสียที่อยู่อาศัยและการกระจายตัวและการรุกล้ำจากข้อมูลของสหภาพนานาชาติเพื่อการอนุรักษ์ธรรมชาติ- มันยากที่จะพิสูจน์การฝังตัวอ่อนแมมมอ ธ ลงในช้างเมื่อช้างช้างทุกครั้งที่มีการตั้งครรภ์ชาปิโรเขียน
crispr-cas9
โดยใช้เครื่องมือการแก้ไขยีนที่เรียกว่าcrispr-cas9นักวิทยาศาสตร์สามารถตัด DNA ในตำแหน่งที่แม่นยำลบรหัสพันธุกรรมแล้ววางส่วนนั้นในลำดับใหม่ที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการ
วิธีนี้สามารถนำมาใช้เพื่อนำแมมมอ ธ ขนสัตว์กลับมาในเวลาเพียงสองปีตามที่จอร์จเชิร์ชนักพันธุศาสตร์วิศวกรโมเลกุลและนักเคมีที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดซึ่งประกาศนี้ก่อนที่สมาคมอเมริกันเพื่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ (AAAS) ในบอสตันในเดือนกุมภาพันธ์ 2560
"เป้าหมายของเราคือการผลิตตัวอ่อนช้างช้างลูกผสม"คริสตจักรบอกผู้พิทักษ์- "ที่จริงแล้วมันจะเป็นเหมือนช้างที่มีลักษณะแมมมอ ธ จำนวนมากเรายังไม่ได้อยู่ที่นั่น แต่มันอาจเกิดขึ้นได้ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า"
epigenome
หากแมมมอ ธ ถูกนำกลับมามีชีวิต - ผ่านการผสมพันธุ์หลังการโคลนนิ่งหรือพันธุวิศวกรรม - มันจะท้าทายที่จะสร้าง epigenome ของสิ่งมีชีวิตซึ่งจะถูกส่งต่อไปยังแมมมอ ธ ที่กำลังพัฒนาในมดลูก ที่Epigenome เป็นระบบของแท็กนั่นเป็นตัวกำหนดว่ายีนที่เปิดหรือปิด แท็กเหล่านี้ไม่เปลี่ยนรหัสพันธุกรรม แต่เลือกเมื่อใดที่จะเปิดใช้งานยีนบางตัว
Epigenome ช้างจะแตกต่างจาก Epigenome แมมมอ ธ แต่ก็ไม่ชัดเจนว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นคืออะไรชาปิโร่เขียน
มันเป็นไปได้ที่จะสร้าง epigenome ของแมมมอ ธ ขึ้นมาใหม่โบสถ์กล่าวในคำถาม & คำตอบต่อไปนี้ที่พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติอเมริกัน (AMNH) ในเดือนเมษายน 2017 แต่เทคโนโลยียังคงห่างไกล
Mammoth microbiome
ทารกรับแบคทีเรียเมื่อพวกเขาออกจากช่องคลอดของแม่และรับแบคทีเรียชนิดใหม่ต่อไปตลอดชีวิต แบคทีเรียภายในและบนร่างกายเป็นที่รู้จักกันในชื่อmicrobiomeและมันช่วยและมีอิทธิพลต่อการย่อยอาหารและสุขภาพ
microbiome ของแมมมอ ธ ไม่เป็นที่รู้จัก แต่มัมมี่แมมมอ ธ เสนอคำแนะนำ ตัวอย่างเช่นการผ่าชันสูตรศพ (การชันสูตรศพสัตว์) ของเด็กอายุ 42,000 ปีแมมมอ ธ ทารกมัมมี่แสดงให้เห็นว่าเด็กมีอุจจาระในทางเดินอาหารตามที่ "วิธีการโคลนแมมมอ ธ "
ลูกวัวช้างที่ทันสมัยกินอุจจาระของแม่เพื่อเพาะเชื้อ microbiomes ของตัวเอง - แบคทีเรียที่จำเป็นในการทำลายพืชที่พวกเขากิน การค้นพบบ่งชี้ว่าลูกวัวแมมมอ ธ ก็ทำเช่นเดียวกัน
ความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อม
ในช่วงหลายพันปีนับตั้งแต่แมมมอ ธ เสียชีวิตสภาพแวดล้อมได้เปลี่ยนไป สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามหลายข้อตามชาปิโร: แมมมอ ธ ตัวใหม่จะมีอาหารที่เหมาะสมที่พวกเขาสามารถย่อยได้หรือไม่? พวกเขาจะไวต่อโรคปรสิตหรือมลพิษหรือไม่? การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและการตกตะกอนจะทำให้พวกเขาลดลงหรือไม่?
อย่างไรก็ตามสวนสัตว์ป่าสองแห่งในรัสเซีย - Pleistocene Park และ Southern Pleistocene Park - พร้อมที่จะยอมรับแมมมอ ธ หากพวกเขาถูกนำกลับมา เป้าหมายของสวนสาธารณะเหล่านี้คือการเปลี่ยนทุ่งทุนดราไซบีเรียนแช่แข็งในปัจจุบันให้กลายเป็นทุ่งหญ้าที่ได้รับการสนับสนุนจากแมมมอ ธ และสัตว์กินพืชที่ครั้งหนึ่งเคยอาศัยและสนับสนุนระบบนิเวศของทุ่งหญ้าตามเว็บไซต์ Pleistocene Park-
การเปลี่ยนแปลงนี้จะเกิดขึ้นเมื่อสัตว์ขนาดใหญ่สลายน้ำแข็งหิมะและสิ่งสกปรกแล้วกระจายสารอาหารและเมล็ดในขณะที่พวกมันเดินเตร่และกินพืชรายงานเว็บไซต์-
ทำหน้าที่เหมือนแมมมอ ธ
หากนักวิทยาศาสตร์ต้องประสบความสำเร็จในการนำแมมมอ ธ กลับมาลูกวัวที่ได้จะรู้วิธีที่จะเป็นแมมมอ ธ ได้อย่างไร?
ช้างเป็นสิ่งมีชีวิตทางสังคมซึ่งเป็นข้อบ่งชี้ว่าแมมมอ ธ ก็เหมือนกันชาปิโร่เขียน แต่หากไม่มีแมมมอ ธ ที่มีชีวิตตัวอื่นก็ไม่ชัดเจนว่าแมมมอ ธ ตัวใหม่จะสามารถประพฤติตนเหมือนที่รุ่นก่อนทำก่อนที่พวกเขาจะสูญพันธุ์
ในบันทึกอื่นแม้ว่าน่องเหล่านี้ไม่รู้วิธีการกระทำนักวิทยาศาสตร์จะต้องผสมพันธุ์หลายพันคนเพื่อให้มือใหม่จะมีความหลากหลายทางพันธุกรรมและกลายเป็นประชากรที่ยั่งยืนด้วยตนเอง
