كتاب "علم قيامة الأنواع. كيفية استنساخ الماموث "

نحلم أن نعيش إلى الأبد. نأمل أن نتمكن من استنساخ حيوانك الأليف المفضل ، كما حدث مع Dolly the Sheep. نريد أن نتجول في "الحديقة الجوراسية" ، وننظر إلى الديناصورات والماموث ، ونشاهد المواهب المنقرضة ، والدودو والمخلوقات الأخرى.

تخبرنا بيث شابيرو ، الأستاذ في قسم علم البيئة وعلم الأحياء التطوري في جامعة سانتا كروز في كاليفورنيا ، بالتاريخ المذهل لعلوم الاستجمام الحديثة.

بمجرد أن يموت أي كائن حي ، يبدأ الحمض النووي في الانهيار على الفور تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والبكتيريا ، لذلك لا يمكنك فقط أخذ خلية واستنساخ حيوان منقرض. على الباحثين أن يتعاملوا مع مهمة صعبة - إنهم يحاولون تجميع لغز تُفقد فيه بعض أجزاء الحمض النووي.

دعونا نكتشف ما إذا كنا بحاجة إلى إحياء الأنواع المنقرضة (من المؤكد أن بيت شابيرو يستحق ذلك) ، وما هي الصعوبات التي تنتظرنا على طول الطريق وما يمكن أن تؤدي إليه.

مقتطفات
خلق النسخ

عندما تعمل في التندرا ، لا أحد يهتم بأن تغني بصوت عالٍ ، وتتجول على طول نهر متعرج. لا أحد يضحك على طبقات الملابس الخمس التي ترتديها ، ولا يسخر من مجموعة متنوعة من الشبكات التي تشابكها في محاولتك الفاشلة الأخيرة لإبعاد البعوض عن جسمك. لا أحد يقود بأذن عندما تقوم هليكوبتر Mi-8 المحنكة بهبوط غير متوقع في منتصف التندرا السيبيرية من أجل التقاط زوجين ناطقين بالفرنسية مع طفل يبلغ من العمر خمس سنوات وثلاجة حمراء كبيرة.

لقد تعلمت كل هذا في صيف 2008 ، خلال ما أتذكره بإعجاب باعتباره موسم صيد العظام الأكثر غرابة والأقل نجاحًا. في ذلك الصيف أمضينا عدة أسابيع في مخيم صغير محاط ببحيرات في التندرا المنخفضة في شبه جزيرة تيمير. اصطدنا الماموث.

قاد الحملة إلى تيمير برنارد بويغ ، وهو مستكشف متمرس ولطيف بطريقة جيدة في القطب الشمالي ، ولم يكن هناك سبب للاعتقاد بأننا سنفشل. لعقود ، قاد برنارد شركة Cerpolex (من معرض CERcles POLaires EXPédition الفرنسي) وقاد البعثات الاستكشافية في سيبيريا والشمال القطب. بدأت هذه الحملات في قاعدته المجهزة تجهيزًا جيدًا في Khatanga ، وهي مدينة روسية صغيرة على نهر Khatanga في إقليم Krasnoyarsk. بحلول أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، تحول برنارد إلى البعثات التي كانت أكثر علمية في طبيعتها ، وأسس منظمة Mammuthus ("الماموث" اللاتينية) تحت Zerpolex ، والتي كان الغرض المعلن منها هو استكشاف وتمجيد القطب الشمالي وكنوزه العديدة. ومع ذلك ، كما يشير اسم هذه المنظمة ، كان تركيز اهتمامها الخاص هو البحث عن بقايا الماموث المحنطة وتعزيز أبحاثهم. كان تكوين الماموثوس إما خطوة مغامرة ، أو ببساطة في الوقت المناسب جدًا ، حيث أنه منذ بداية هذا القرن ، بدأت مومياوات الماموث وغيرها من عمالقة العصر الجليدي في الظهور بشكل مفاجئ في كثير من الأحيان في التربة الصقيعية في سيبيريا.

بعد أن اجتمع مع برنارد ، كان من المستحيل عدم التأكد من صفاته القيادية ونجاح الحملة. بحلول عام 2008 ، كان لدى برنارد عشرات السنين من الخبرة في العمل في التندرا السيبيرية. كان يمتلك طاقة وحماسًا لا ينضبان ، وكان على دراية جيدة بصعوبات اللوجستيات عند العمل في سيبيريا (وكان يعرف كيف يتغلب على هذه الصعوبات) ، وكان يمتلك أيضًا مجموعة كبيرة من السترات الدافئة. الأهم من ذلك ، تعاون مع السكان المحليين لفترة طويلة ، وهذا يفسر بطريقة أو بأخرى لماذا كان في كثير من الأحيان أول من تمكن من الوصول إلى المومياوات المكتشفة حديثًا من الماموث. كل شيء أشار إلى أن الحملة يجب أن تنجح.

بدأت مغامرتنا في منزل برنارد السيبيري في كاتانغا. كاتانغا مكان غير عادي. هذه واحدة من النقاط الشمالية في العالم حيث يعيش الناس. على الرغم من أن عدد سكان المدينة أقل من 3.5 ألف شخص ، إلا أن هناك مطارًا وفندقًا ومتحفًا للطبيعة والإثنوغرافيا ، مليء بالمعارض المتعلقة بالأشخاص الذين يعيشون في هذه المنطقة وتاريخها. تحتوي Khatanga أيضًا على العديد من المطاعم التي تقدم لحوم الحيوانات المحلية المحنطة بالشبت ، والعديد من المتاجر الصغيرة التي تبيع الجزر مع علامات قضمة الصقيع مقابل 8 دولارات ، والمدافع الرشاشة شبه الأوتوماتيكية ومجموعة متنوعة من علكة النكهة. تنتشر الطرق وضفاف الأنهار بآليات غير مألوفة ، قد لا يزال بعضها يعمل. يعيش الناس في أي مكان - في الأكواخ الخشبية الصغيرة ، وفي المباني السكنية الكبيرة وحتى حاويات النقل - تلك المستخدمة في سفن الحاويات لنقل البضائع عبر المحيط. يتألف منزل برنارد جزئياً من حاويات نقل متصلة ببعضها البعض ، ومن المفترض أنها معزولة جيدًا عن البيئة. في النهاية ، تقع المدينة عند خط عرض 71 درجة شمالاً ، والشتاء في كاتانغا مظلمة وباردة ، بمتوسط ​​درجة حرارة دنيا شهري يبلغ حوالي -35 درجة مئوية وغياب كامل لضوء الشمس لعدة أيام في ديسمبر ويناير. صحيح ، كنا هناك من يوليو إلى أغسطس ، وتذبذب درجة حرارة الهواء ضمن نطاق مقبول من 5-15 درجة مئوية ، وأشرقت الشمس على مدار الساعة. بطبيعة الحال ، دارت عدة البعوض حولها ، تفسد بقية الجو الرائع. بتعبير أدق ، عدة مئات من البعوض.

لكل سنتيمتر مكعب من الهواء.

شارك في بعثتنا برنارد وزوجته سيلفيا وابن أختهم البالغ من العمر عشرين عامًا ، والعديد من الروس العاملين في برنارد ، وهي مديرة فرنسية وصديقها ، بالإضافة إلى مجموعة كاملة من العلماء الذين لديهم مجموعة متنوعة من الاهتمامات فيما يتعلق بالحيوانات في العصر الجليدي. كان أقدم العلماء في مجموعتنا هو دان فيشر ، وهو متخصص في الماموث وأستاذ في جامعة ميشيغان. يعتبر دان خبيرًا عالميًا في مجاله: من خلال فحص أنماط نمو أنياب الماموث ، يمكنه تحديد الجنس والتاريخ الإنجابي وأسلوب الحياة وحتى سبب موت الحيوانات. يقيس دان أيضًا كمية النظائر المستقرة للعناصر الكيميائية ، والكربون والنيتروجين ، المتراكمة في ناب الماموث أثناء نموه. تشكل هذه النظائر سجلاً شبه مستمر للتغيرات في النظام الغذائي للماموث وبيئته. آدم رونتري وديفيد فوكس ، الذين تدربوا سابقًا في عهد دان ، عملوا معنا أيضًا. أخيرًا ، كان بيننا باحثان في الحمض النووي: أنا وإيان بارنز ، الذي كان يدرس آنذاك في كلية رويال هولواي في جامعة لندن ، لكني التقيت به في الوقت الذي كنت أعمل فيه على أطروحته في جامعة أكسفورد.

حلم دان وداود وآدم بالعثور على أنياب ، بينما كنت أتمنى مع إيان عظام ضخمة. أنياب الأنسب لتحليل النظائر ، لكنها تحتوي على القليل جدا من الحمض النووي. لقد اهتمت أنا وإيان أيضًا بجميع الحيوانات التي عاشت في تمير خلال فترات التجلد ، لذلك لم نركز بشكل صارم على جمع عظام الماموث.

لأسباب بقيت غامضة بالنسبة لي ، وعلى الرغم من الوعود التي قطعناها على برنار قبل وصولنا إلى Khatanga ، كان علينا أن ننتظر أسبوعًا كاملاً للحصول على المروحية. استقرنا مؤقتًا في برنارد ، ومن أجل قتل الوقت ، بدأنا في دراسة كاتانغا. لقد حاولنا على الكثير من السترات الدافئة والناموسيات. تجولنا في الشوارع ، وندفع الكلاب المحلية ونحاول كشف الغرض من الآليات المختلفة. أنشأنا مصائد للحشرات وحددنا أنواع تلك التي وصلت هناك. قمنا بحفر ثقوب في العديد من العظام من مجموعة برنارد لطاقم الفيلم لدينا ولصالح المشاريع البحثية المستقبلية. أثناء انتظارنا ، نظم برنارد وشارك في اجتماعات تلو الأخرى مع مجموعته من العلماء الروس والمتخصصين في اللوجستيات. كانت هذه الاجتماعات حية ومثيرة: لم تتناسب الخرائط العملاقة على الطاولات ، وتحولت المحادثات إلى نغمة مرتفعة ، وتم إجراء التسويات مع الوثائق العلمية القديمة التي تصف الحدود الجغرافية للجليد السابق ، وتصب الفودكا في النظارات ، وتم وضع خطة لرحلة مستقبلية.

وأخيرًا ، وصلت الطائرة الهليكوبتر وحان الوقت للسفر إلى الميدان. جمعنا الطعام والوقود والأشياء ، وسافرنا من منزل برنارد مباشرة إلى المطار. لقد شقنا طريقنا عبر السيطرة الأمنية على المدرج والتقى وجهاً لوجه بسيارتنا التالية: مروحية Mi-8 المحبوبة. حوالي ربع المساحة الموجودة فيه مشغولة بالفعل باثنين من اسطوانات الغاز الضخمة. بعد أن مررنا بالأسطوانات ، ألقينا داخل معدات التخييم والكاميرات ومعدات الإضاءة للتصوير ، واثنين من القوارب الكبيرة القابلة للنفخ ومحركين خارجيين بسعة 250 حصانًا لكل منهما ، وإمدادات من الأرز والطعام المجفف غير المعروف المجفف ، يكفي لإطعام عشرين شخصًا لمدة ستة أسابيع ، علبة بنزين عملاقة للطهي والفودكا بكمية كافية للشعور بالسعادة لمدة يوم على الأقل. كان حوالي ثلث النوافذ مفقودة في طائرة هليكوبتر من طراز Mi-8 ، مما يجعل من المفترض أنه يسهل التدخين على متن الطائرة.

بعد أن حملنا كل ما لدينا ، صعدنا إلى الداخل واستقرنا على مقاعد تحت النوافذ ، وكذلك في الأعلى على الأشياء وأسطوانات الغاز. آخر من ركب السفينة كان باشا ، كلب طباخنا ، وهو من أقوياء سيبيريا يبلغ من العمر سنة واحدة. أعرب باشا عن قلقه بشأن المشاركة في بعثتنا ، محاولاً الاندماج مع غطاء المدرج تحت المنحدر. لقد شاركت تشكك Pashin في أيهما أفضل: أن يتم ابتلاعه بواسطة المدرج أو أن تطير إلى السماء على Mi-8. عندما اتضح أن الشريط لا يريد استيعاب باشا ، هرب. خرج الطاهي وأحد الطيارين ، ودخنوا عدة سجائر ، واقبضوا على باشا ، وأخذوه في منتصف المنحدر ، وتمكنوا بطريقة ما من افتقاده ، وألقوا القبض عليه مرة أخرى ، وقاموا بتهدئته بما يكفي لسحبه إلى نهاية المنحدر وإحضاره إلى الباب ، وأخيرا استقرنا في قمرة القيادة. إلى صرخات البهجة والعواء اليائس لباشا ، انطلقنا من الأرض وطارنا نحو التندرا.

نقل نووي جسدي

إذا كانت العديد من العظام قد تراكمت بالفعل في مجموعات حول العالم ، فلماذا نحتاج إلى الخروج في الميدان للعثور على المزيد؟ لماذا تتعامل مع المروحيات المكسورة ، ومناجم الذهب ، وأربع وعشرين ساعة من ضوء النهار ، وسحب البعوض؟ الجواب بسيط: أفضل العظام هي تلك التي أتت إلينا مباشرة من التندرا الجليدية. نريد أن نجد عظامًا لم تذوب أبدًا. تحتوي على أفضل الخلايا المحفوظة مع أفضل حمض نووي محفوظ.

نحن لسنا المجموعة الوحيدة من العلماء الذين يقضون صيفهم في القطب الشمالي بحثًا عن بقايا حيوانات العصر الجليدي أو التسكع في حقول الذهب ، ولكن يسعدني أن أعتقد أن لدينا النهج الأكثر منطقية للعمل. على سبيل المثال ، نحن نعلم أننا لا نبحث عن خلايا يمكن استنساخها. كل ما يعرفه العلماء عن استنساخ الحيوانات باستخدام الخلايا الجسدية (أي أنها ليست حيوانات منوية ولا بويضات) يشير إلى أن الاستنساخ لن يعمل إلا إذا كانت الخلية تحتوي على جينوم سليم. لم يتم العثور على خلية واحدة من هذا القبيل في بقايا الحيوانات المنقرضة الموجودة في جليد التندرا.

يبدأ تدمير الحمض النووي مباشرة بعد وفاة الجسم. تحتوي الخلايا النباتية والحيوانية على إنزيمات مهمتها كسر الروابط داخل جزيء DNA. تم العثور على هذه الإنزيمات ، تسمى النوكلياز ، في الخلايا ، السائل المسيل للدموع ، اللعاب ، العرق ، وحتى على أطراف أصابعنا. بينما نعيش ، نوكلياز أمر بالغ الأهمية بالنسبة لنا. إنها تدمر الميكروبات المسببة للأمراض التي تدخل أجسامنا قبل أن تسبب لنا أي ضرر. يقومون بإصلاح الحمض النووي التالف ، مما يسمح لخلايانا بإصلاح ما تم كسره. وبعد موت خلايانا ، تدمر النوكليوزات حمضها النووي ، لذا يسهل على أجسامنا التخلص منها. وبعبارة أخرى ، تطورت النيوكليازات بحيث تظل نشطة بعد موت الخلية ، وهذه أخبار سيئة لأولئك الذين يريدون استنساخ الماموث.

في المختبر ، لا نسمح لنوكلياز بتدمير الحمض النووي الذي نحاول عزله ، إما عن طريق غمر عينة جديدة في محلول من المواد الكيميائية أو بإخضاعها للتجميد السريع. القطب الشمالي هو مكان بارد ، ولكنه ليس باردًا بما يكفي لتجميد شيء ما (خاصةً بحجم الماموث) بسرعة كافية لحماية الحمض النووي من التسوس. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إنتاج نوكليازات جميع الكائنات الحية ، بما في ذلك البكتيريا والفطريات ، التي تستعمر الأجسام المتحللة للحيوانات النافقة. لذلك ، فإن فرصة بقاء جينومات أي خلايا سليمة تمامًا لفترة طويلة بعد الموت ضئيلة. بدون جينوم سليم ، لن ينجح استنساخ الماموث. بتعبير أدق ، لن يكون من الممكن استنساخ الماموث عن طريق النقل النووي الجسدي.

يعتبر النقل النووي الجسدي اسمًا باهتًا ، ولكنه مناسب تمامًا للعملية ، وبفضله لدينا ، على وجه الخصوص ، أشهر استنساخ - خروف دوللي (الشكل 8). تم استنساخ دوللي من قبل علماء من معهد روسلين في اسكتلندا في عام 1996. قام العلماء بإزالة النواة ، وهي جزء من الخلية التي تحتوي على الجينوم ، من خلية الغدة الثديية المأخوذة من الأغنام البالغة ، ووضعوا هذه النواة في بيضة محضرة من خراف بالغة أخرى. ثم تطورت خلية البويضة هذه في رحم أنثى بالغة أخرى إلى فرد سليم تمامًا من نوعه. من المهم أن نلاحظ أن الأغنام المستنسخة عن طريق النقل النووي كانت متطابقة وراثيا مع الحيوان الذي أصبح متبرعا لخلية الغدة الثديية وليس لها علاقة بأمها البديلة أو الأغنام التي أخذت منها البويضة.


لفهم تعقيدات هذه العملية ، تحتاج إلى معرفة شيء عن الخلايا. تتكون أجسامنا (وأجسام الكائنات الحية الأخرى) من ثلاثة أنواع أساسية من الخلايا: الجذعية والأعضاء التناسلية والجسدية. جسدية - والأهم من ذلك كله ، تشمل خلايا الجلد وخلايا العضلات وخلايا القلب وما إلى ذلك. تحتوي الخلايا الجسدية على مجموعة ثنائية الصبغيات من الكروموسومات ، مما يعني أنها تحتوي على نسختين من كل كروموسوم - واحدة من الأم والأخرى من الأب. تحتوي الخلايا الجسدية أيضًا على تخصص - يمكن أن تكون خلايا الدماغ أو خلايا الدم أو خلايا الثدي ، على غرار الخلايا المستخدمة لإنشاء دوللي. فئة أخرى من الخلايا هي الخلايا الجرثومية الأولية (الخلايا السيلانية) ، والتي تتكون منها الأمشاج - الحيوانات المنوية وخلايا البويضة. تحتوي الأمشاج على مجموعة أحادية الصبغيات من الكروموسومات ، أي أنها تحتوي على نسخة واحدة فقط من كل كروموسوم. مع التكاثر الجنسي الطبيعي ، يندمج اثنان من الأمشاج أحادية الصيغة الصبغية في وقت الإخصاب ، مما يشكل بويضة ملقحة ثنائية الصبغية ، يتطور منها الجنين.

في النقل النووي ، يتم حذف مرحلة الإخصاب ودمج الأمشاج. بدلاً من ذلك ، تحدث عملية تسمى استئصال ، يتم خلالها إزالة جينوم بيضة أحادية الصيغة الصبغية. ثم ، يتم وضع النواة ثنائية الصبغية للخلية الجسدية (في حالة Dolly ، خلايا الثدي) في مكانها.

تحت التكاثر الجنسي الطبيعي للثدييات ، يحتوي الزيجوت الذي يتكون أثناء الإخصاب على خلايا ليس لديها أي تخصص. تنتمي هذه الخلايا غير المتخصصة إلى الفئة الثالثة وتسمى الخلايا الجذعية. تسمى الخلايا الجذعية التي تتكون منها البيضة الملقحة في مرحلة مبكرة من تطورها بالقدرة الكاملة ، لأنها يمكن أن تتحول إلى خلايا من أي نوع ، وبالتالي يمكن أن تؤدي إلى ظهور كائن حي كامل. مع زيادة تطور الجنين ، تتكاثر الخلايا وتبدأ في التمييز ، أي تؤدي وظائف أكثر تخصصًا في الجسم. في إحدى المراحل الأولى من تطور الجنين ، تفقد الخلايا الجذعية الكاملة قدرتها على التحول إلى خلايا من أي نوع ، ولكن لا يزال ليس لديها تخصص واضح. الآن تسمى هذه الخلايا متعددة القدرات. على سبيل المثال ، يمكن تحويل الخلايا الجذعية متعددة القدرات الثديية إلى خلايا من أي نوع باستثناء المشيمة.

تعتبر الخلايا الجذعية متعددة القدرات ذات أهمية خاصة للعلم ، حيث يمكن استخدامها لعلاج الناس. عندما تنقسم الخلايا الجذعية ، فإنها تنتج إما خلايا جذعية أخرى أو خلايا جسدية متخصصة. هذا يعني أنهم قادرون على استبدال الخلايا المريضة أو التالفة. يمكن العثور على الخلايا الجذعية ليس فقط في الجنين النامي ، ولكن أيضًا في جميع أنسجة الجسم البالغ. تميل الخلايا الجذعية البالغة إلى أن تكون أكثر تخصصًا من الخلايا الجنينية ، ولكن على الرغم من ذلك ، فهي ضرورية لإصلاح الأنسجة التالفة وتجديدها. للأغراض الطبية ، غالبًا ما يتم أخذ الخلايا الجذعية البالغة. على سبيل المثال ، يمكن أن تتحول الخلايا الجذعية المكونة للدم إلى أنواع مختلفة من خلايا الدم ، ويتم استخدامها في علاج أمراض الدم ، بما في ذلك سرطان الدم.

دعونا نعود إلى استنساخ النقل النووي. الخلايا الجسدية ، على عكس الخلايا الجذعية ، متخصصة للغاية. لا يمكن أن تتحول إلى أنواع مختلفة من الخلايا ، لأنها تمثل نقطة النهاية لعملية التمايز. للخلايا الجسدية وظيفة محددة ، وآلياتها الخلوية تتكيف مع جودة هذا العمل. في الخلية الجسدية المأخوذة من الغدة الثديية للأغنام ، يتم فقط التعبير عن تلك البروتينات التي تحتاج إلى التعبير عنها من أجل أداء وظيفة الخلية الثديية ، وبالتالي يتم تضمين الجينات التي تشفر هذه البروتينات فقط.

لكي تتمكن الخلية الجسدية من التحول إلى كائن حي كامل ، يجب أن "تنسى" كل شيء عن تخصصها وأن تكون متميزة. يجب أن تتحول مرة أخرى إلى خلية جذعية جنينية.

على الرغم من أن دوللي يمكن القول إنها أشهر الحيوانات التي ولدت من نقل نووي جسدي ، إلا أنها لم تكن أول استنساخ تم إنشاؤه بهذه الطريقة. في الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين ، أثبت جون جيردون من جامعة أكسفورد أن بيض الضفدع يتطور في الضفادع حتى بعد إزالة نوى هذه الخلايا واستبدالها بنوى الخلايا الجسدية. على الرغم من أن آلية هذه الظاهرة لم تكن مفهومة جيدًا في ذلك الوقت ، إلا أن الملاحظة الرئيسية لـ Gerdon كانت أن البيضة تبدأ بطريقة ما عملية تمييز الخلية الجسدية - والأخيرة "تنسى" أي نوع من الخلايا كانت من قبل. في عام 2012 ، حصل جيردون على جائزة نوبل لهذا الاكتشاف مع زينيا ياماناكا من جامعة كيوتو. , ( ) in vitro, , , , , . (iPSC).

, , , , , , , , , , . . , -. : 2013 , , , , , .

. 277, , . , , , 841, . , , , , , 1095 123 , , . , .

.

»يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول الكتاب على موقع الناشر على الويب

20% —