Национальный институт экологических исследований: использование генетических «капсул времени» позволит сохранить виды для потомков

Сохранение исчезающих видов в пределах и за пределами их среды обитания

По всей планете сотни видов растений и животных находятся на грани исчезновения. Последние яванские носороги были убиты браконьерами во Вьетнаме в прошлом году. В Австралии в список видов, находящихся под угрозой вымирания, недавно внесли коалу. В Японии полностью исчез японский волк, а Министерство экологии предупреждает, что еще как минимум 1500 видов находятся под угрозой вымирания.

Национальный институт экологических исследований работает над созданием базы биологических образцов.

Как бы печально это ни звучало, но новость об исчезновении яванского носорога не затронула нас непосредственно. Однако широко известно, что все организмы на планете составляют гигантскую пищевую цепочку – от птиц, живущих в глубине тропических лесов, до самой маленькой рыбки в Северном ледовитом океане – и все мы являемся звеньями этой цепи. Когда виды исчезают, нарушается равновесие. И хотя селекция и вымирание являются естественной составляющей природного цикла, у процессов, происходящих в наши дни, причина другая. Всеобщий кризис вымирания видов спровоцирован деятельностью человека, в основном чрезмерным выловом рыбы и вырубкой лесов.

Доктор Онума Манабу является участником исследовательской группы при Национальном институте экологических исследований, занимающейся вопросами сохранения животных в их среде обитания. «При сохранении исчезающих видов важнейшей задачей является поиск равновесия между работой, проводимой в среде обитания видов, и за ее пределами», – говорит он.

Возьмем, к примеру, проект по восстановлению в дикой природе численности японского красноногого ибиса – одну из основных успешных работ по сохранению видов в последние годы. В рамках одной из частей проекта предполагалось восстановить последнее место обитания ибиса на острове Садо, где эти птицы традиционно жили рядом с человеком в полях, близко от человеческого жилья. Одновременно Министерство экологии возглавило проект по выведению птиц в неволе, для чего были использованы особи, подаренные правительством Китая. Эти параллельные действия, проходившие как в среде обитания ибиса, так и за ее пределами, стали ключевым фактором успеха всего проекта. В результате этих усилий за последние несколько лет на волю было выпущено несколько партий ибисов, каждая больше предыдущей.

Использование «капсул времени» для изучения причин вымирания

Доктор Онума работает над сохранением клеток и генетических образцов вымирающих видов

Текущий исследовательский проект доктора Онумы затрагивает сохранение клеток и генетического материала, взятых у видов, находящихся на грани вымирания.

С 2004 года Национальный институт экологических исследований является частью сети, куда также входят исследовательские организации, университеты и НКО по всей стране. При обнаружении тела редкого животного эти организации отправляют его в институт на сохранение, предварительно проверив на наличие инфекционных заболеваний. Образцом могут послужить как труп животного, сбитого на дороге, так и частичные останки давно умершего животного. Если мозг, легкие и другие органы извлекаются целиком, их сохраняют как образцы органов. Кожа и мышечная ткань также используются в клеточных культурах.

«Даже после смерти животного существует возможность получения из его останков культур и генетической информации, сохраняющейся, пока живы клетки. Исследования показали, что клеточные культуры могут быть созданы из материала, возраст которого достигает трех недель после смерти для птиц и одной недели для млекопитающих. Жизнь на клеточном уровне продолжается даже после появления признаков разложения», – говорит доктор Онума. – «Это удивительное открытие!»

Жизнь на клеточном уровне продолжается даже после смерти особи.

НИЭИ сохраняет свои образцы в огромных металлических цистернах, известных под названием «экологические капсулы времени для образцов». С помощью жидкого азота температура в цистернах поддерживается на уровне -150-160 градусов, а контакт образцов с внешней средой сведен к минимуму, что позволяет сохранить их свойства. Благодаря этой технологии образцы могут сохраняться для любых целей до 100 лет.

В основном они используются в физиологических исследованиях, которые крайне трудно проводить на живых диких животных. Особенно это касается редких видов, для которых физиологические исследования практически не проводились. Коллекция образцов живых клеток, находящаяся в Институте, открывает возможности для проведения важных лабораторных исследований на клеточном и генном уровне.

Например, анализ может выявить особо высокий уровень смертности от того или иного вируса у особей с определенным генетическим типом по сравнению с особями с другим генетическим типом, которые также подвергаются инфицированию, однако редко умирают. Подобная информация может оказаться полезной для исследования процессов распространения вирусов, а также послужить ключом к разработке новых антивирусных лекарственных препаратов. Использование клеток вымерших и исчезающих особей может помочь ученым выяснить причины вымирания того или иного вида. Создание базы данных с подобной информацией может также оказаться полезным в будущем, когда будут открыты новые неизвестные вирусы или инфекционные заболевания.

Национальный институт экологических исследований планирует открыть публичный доступ к своей базе биологических образцов в ближайшем будущем. Доктор Онума надеется, что передача такой информации ученым из других институтов поможет стимулировать дальнейшие исследования с использованием биологических образцов.

Генетические «капсулы времени» – 30 000 образцов, и это еще не всё

Собранные образцы могут помочь в исследованиях, направленных на сохранение видов.

Ранее доктор Онума работал в центре реабилитации орангутанов в Малайзии, где ухаживал за орангутанами, которым люди причинили вред, а также занимался их возвращением в дикую природу. Однако, хотя Онума и его коллеги полностью посвятили себя этой достойной работе, многих особей не удавалось спасти. Что же можно было сделать с этими особями? Онума как раз искал ответ на этот вопрос, когда узнал, что в зоопарке Сан-Диего занимаются криоконсервацией тканей и клеток.

«Естественно, важно сделать всё, чтобы спасти животное, находящееся перед тобой. Но я понял, что исследования, посвященные сохранению генетической информации, в конечном счете могут помочь спасти больше особей и видов. В Соединенных Штатах уже ведутся работы над созданием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) и клонов биологических образцов. Мы не собираемся проводить такие же исследования, но надеемся, что анализ образцов генетической информации может помочь в будущем спасти исчезающие виды и совершить прорыв в борьбе против таких инфекционных заболеваний как, например, птичий грипп».

Работа с экологическими капсулами времени для образцов началась в 2004 году. Уже пять цистерн заполнены более чем 30 000 образцов. Работники института надеются, что смогут продолжать собирать биологические образцы, используя существующее оборудование, в течение еще 20 лет.

«Экологические капсулы времени для образцов» в Национальном институте экологических исследований.

Именно здесь, в Национальном институте экологических исследований, сохраняются образцы клеток Кина и Мидори – последних японских красноногих ибисов, рожденных в дикой природе Японии. Даже после того, как ибис вымер на территории Японии, они продолжали жить на клеточном уровне. Подобные образцы, сохраненные методом криоконсервации, могут однажды внести жизненно важный вклад в сохранение естественных экосистем Земли. Эти «капсулы времени», температура в которых достигает -150°С, наполнены теплым дыханием жизни.

Клетки, культивированные из кожи особей исчезающих видов (справа: окинавский коростель; слева: японский красноногий ибис (предоставлено Национальным институтом экологических исследований).