В мире осталось только два северных белых носорога, и обе они самки. Но биологи убеждены, что исчезающий вид еще можно спасти. «Хайтек» рассказывает о проекте по восстановлению вымирающих животных и о том, каких успехов удалось достичь ученым.
Северный белый носорог (Ceratotherium simum cottoni) — один из подвидов белых носорогов, который обитает в Центральной Африке. Неконтролируемое браконьерство поставило их на грань исчезновения. А многочисленные гражданские войны в странах, на территории которых жили представители эти млекопитающие (Уганда, ЦАР, Конго, Судан), препятствовали работе заповедников и спасению оставшихся животных.
По оценкам Международного союза охраны природы, в дикой среде больше не осталось северных белых носорогов. Два последних представителя этого вида: две самки, которые живут в заповеднике в Кении. Это тридцатитрехлетняя слониха Наджин и ее дочь Фату. Поскольку в мире не осталось самцов, этот подвид белого носорога больше не способен к естественному размножению.
Чтобы спасти северного белого носорога от вымирания, в 2015 году при поддержке правительства Германии был организован международный проект BioResque. Исследователи предлагают использовать новые технологии для искусственного восстановления популяции. В работе, опубликованной недавно в журнале Science Advances, они объявили о крупном прорыве на этом пути.
Почему это важно?
Из-за шестого массового вымирания на Земле, которое, как полагают ученые, связано с деятельностью человека, традиционные подходы к сохранению видов не работают. Защита среды обитания, создания заповедников и условий для естественного размножения, не справляются с масштабом вымирания. По оценке исследователей из проекта BioResque, около 22% млекопитающих находятся под угрозой исчезновения.
Семейство носороговых (Rhinocerotidae) пострадало особенно сильно. В мире осталось пять видов носорогов три из них (суматранский, яванский и черный носорог) относятся к видам находящимся на грани исчезновения, один (индийский носорог) — к уязвимым видам и только один (южный белый носорог) считается видом, находящимся близко к исчезновению.
В отличие от своего южного «собрата» северный подвид белого носорога пострадал гораздо значительнее. В дикой природе представителей этого вида не встречали с 2006 года, и Международный союз охраны природы оценивает этот подвид, как «возможно исчезнувший в дикой природе». В 2018 году после продолжительной болезни в заповеднике в Кении умер последний самец этого подвида белых носорогов, и даже в искусственных условиях остались только две самки.
Долгосрочные последствия утраты ключевого вида для экосистемы Центральной Африки предсказать невозможно, отмечают исследователи. Но исчезновение крупного позвоночного, вызовет как минимум значительное нарушение или даже разрушение элементов сложной экосистемы. Потеря ключевого вида может инициировать так называемый «вихревой эффект», добавляют они. Это ускоренная гибель видов и целых видовых сообществ, чья история жизни прямо или косвенно зависит от ключевых видов, находящихся на грани исчезновения.
Что хотят сделать ученые?
Ключевая идея исследований — адаптация репродуктивных технологий, разработанных для человека и домашних животных для применения к северным белым носорогам. Это включает сбор яйцеклеток, искусственное осеменение и суррогатное материнство.
Сложность состоит в том, что у северных южных носорогов не осталось самцов, от которых можно получить сперматозоиды (хотя в лаборатории и остались замороженные половые клетки от умерших самцов), а также в том, что старшая самка уже вышла из репродуктивного возраста и страдает раком яичника, а младшая — не может самостоятельно выносить потомство из-за проблем с ахиллесовым сухожилием.
Биологи используют две стратегии для восстановления популяции животных. Первая из них — получение жизнеспособных сперматозоидов и яйцеклеток из кожи умерших носорогов. Идея состоит в том, чтобы имплантировать полученные эмбрионы в близкородственных самок южного белого носорога, которые затем выносят суррогатное потомство до срока.
Альтернативный вариант — получить яйцеклетки от 22-летнего Фату и оплодотворить их в лаборатории Галли в Италии с использованием замороженной спермы, собранной у пяти уже умерших самцов северных белых носорогов. Недостаток этого метода в том, что он предполагает использование яйцеклеток только от одного донора. Возможность скрещивания у полученного потомства будет ограничена из-за близкого родства. А значит даже в случае успеха потребуются дополнительные источники генетического материала для создания разнообразного потомства.
Прорыв в производстве зародышевых клеток
В своем исследовании ученые сообщили о первом успешном создании гоноцитов (первичных половых клеток, из которых формируются яйцеклетки и сперматозоиды) из эмбриональных и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток для южного и северного подвидов белого носорога. Напомним, плюрипотентные стволовые клетки — это эмбриональные стволовые клетки, которые способны к формированию всех тканей организма, а индуцированные клетки — это перепрограммированные соматические клетки (клетки тканей), которые «вернулись» на более раннюю стадию.
Для своей работы ученые использовали эмбриональные стволовые клетки южного белого носорога и клетки кожи от северного подвида, полученные от самки носорога Набире, умершей в 2015 году в сафари-парке Двур Кралове в Чехии. Исследователи преобразовали соматические клетки кожи в индуцированные плюрипотентные, а их, в свою очередь, в эмбриональные клетки.
Превращение кусочка кожи в эмбриональные клетки не является беспрецедентным открытием. Ранее генетики разработали технологию этого процесса для мышей и приматов. Но для каждого вида процесс перепрограммирования выглядит по-разному, объясняют авторы работы. Их исследование — первый случай подобного перепрограммирования клеток у крупных млекопитающих.
Например, исследователи установили, что в отличие от мышей у носорогов ключевое влияние на формирование первичных половых клеток оказывает ген SOX17, и нужно воздействовать на его экспрессию, чтобы достичь требуемого результата. Кроме того, исследователи смогли идентифицировать два специфических маркера, CD9 и ITGA6, которые экспрессировались на поверхности клеток-предшественников обоих подвидов белых носорогов. Эти данные помогут в дальнейшей работе.
Что дальше?
Первичные половые клетки — это только первая стадия, они должны созреть в лаборатории, чтобы сформировать готовые сперматозоиды и яйцеклетки. Первичные структуры относительно малы по сравнению с зародышевыми клетками и сохраняют парный набор хромосом, говорят ученые. Поэтому нужно создать условия, при которых они будут расти и делиться своим хромосомным набором пополам.
У мышей мы обнаружили, что на этом решающем этапе важно присутствие ткани яичника. Поскольку мы не можем просто извлечь эту ткань из двух самок носорога, нам, вероятно, придется выращивать ее также из стволовых клеток.
Вера Живица, участник исследования
Исследователи полагают, что ткань яичников лошадей может подойти в качестве основы для работы. Эти животные — ближайшие распространенные родственники носорогов с эволюционной точки зрения.
Ученые продолжат работу, чтобы подобрать необходимые условия и создать готовые яйцеклетки, которые можно будет оплодотворить замороженными сперматозоидами, а также искусственными мужскими половыми клетками, полученными тем же путем. Если оплодотворение и вынашивание у суррогатной матери из южного подвида белого носорога пройдет успешно, ученые планируют использовать ту же технологию для других исчезающих видов.
Читать далее:
Существует ли наука в экстремальных условиях? Отвечаем в цифрах
«Ходячие мертвецы» существовали миллионы лет назад: ученые рассказали, как они появились
Гиперактивное солнечное пятно приведет к геомагнитное буре на Земле
Изображение на обложке: BioResque