«ОХРАНЯЕМЫЕ ВИДЫ»

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КРИОБАНК — НОЕВ КОВЧЕГ XXI ВЕКА

Т. П. Сипко, канд. биол. наук
Институт проблем экологии и эволюции РАН им. А. Н. Северцова

Посвящается светлой памяти Натальи Ротт — энтузиаста идеи создания генетических криобанков, прекрасного ученого и замечательного человека.

 

Осенью 1978 г., в 10-ю годовщину печально знаменитого события — ашхабадского землетрясения, унесшего десятки тысяч человеческих жизней, в этом городе состоялась XIV Генеральная ассамблея Международного союза охраны природы. Цель этой организации — сохранение животного и растительного мира Земли, без чего невозможно и существование человечества. В работе ассамблеи участвовали всемирно известные ученые, такие, как сэр Питер Скотт — достойный сын своего героического отца, создавший в Англии, в Слэмбридже, заповедник для диких водоплавающих птиц. Но едва ли не самое большое внимание участников ассамблеи привлек доклад тогда еще мало кому известного в мире российского ученого — Бориса Николаевича Вепринцева «О сохранении половых клеток и зародышей в глубокозамороженном состоянии с последующим воссозданием живых животных с использованием методов биологии развития». Собственно говоря, глубокое замораживание половых клеток и зародышей уже применялось в сельскохозяйственной и медицинской практике, и по многим из этих разработок приоритет принадлежал России. Российским зоотехником И. И. Ивановым еще в 1927 г. был разработан метод искусственного осеменения животных, при котором может быть использована замороженная сперма, и в 1936 г. криоконсервация спермы быка была успешно проведена В. К. Миловановым с коллегами. Новизна же концепции Вепринцева заключалась в возможности сохранения крайне редких видов животных и даже воссоздания уже исчезнувших видов из глубокозамороженных половых клеток и зародышей. Неудивительно, что сразу после выступления Вепринцева отечественные и иностранные газеты и журналы запестрели статьями под броскими заголовками. Что же касается ученых, то многие из них высказывали сомнения в реальности осуществления идеи Вепринцева. Однако уже в скором времени появились первые сообщения о воссоздании исчезающих видов животных из сохраненных половых клеток и зародышей.

В настоящее время наиболее распространенными методами сохранения редких и исчезающих животных являются сохранение их в природе на охраняемых территориях (in situ) или вне ее в условиях изоляции в питомниках и зоопарках (ex situ). Основная возникающая при этом проблема — поддержание хотя бы минимально необходимой численности популяций редких видов, способной обеспечить достаточно высокое генетическое разнообразие, то есть сохранение генетической структуры вида. При сокращении численности ниже допустимого предела развивается инбредная депрессия, постепенно утрачивается генетическая изменчивость, и все это приводит к ограничению способности вида адаптироваться к изменяющимся или новым условиям жизни, в частности к новым формам инфекции. Каким же должен быть размер популяции для предотвращения инбредной депрессии? Согласно правилу, известному под названием «50/500», для кратковременного сохранения уровня генетической изменчивости необходимо иметь не менее 50 размножающихся особей, а чтобы обеспечить ее существование во многих поколениях, требуется уже не менее 500 таких особей, живущих на одной территории, что может быть обеспечено при общей численности популяции в 1—2 тыс. голов.

Несомненно, что способ сохранения животных в естественных условиях (in situ) является наиболее желательным и эффективным. Но в настоящее время подавляющее большинство продуктивных площадей уже занято под хозяйственные цели, и процесс отчуждения земли продолжается. Нельзя забывать и о том, что за столетия деятельности человека окружающий нас мир изменился настолько, что не соответствует экологическим потребностям многих видов диких животных. В особенности это касается крупных травоядных и хищников, которым необходимы большие территории и объемы пищи. Так, для обеспечения кормовой базы одного зубра (в зависимости от продуктивности угодий) требуется территория площадью от 2 до 10 кв. км, а это означает, что для благополучного существования полноценной популяции этих животных необходимо от 4 до 20 тыс. кв. км. Подобрать подходящие территории таких размеров даже в России — задача не из легких. При этом надо учитывать, что свободное перемещение большого числа животных может привести к конфликтам с сельскохозяйственной и иной деятельностью человека.

Второй путь, менее перспективный, но более реальный в настоящее время — содержание животных в питомниках и зоопарках (ex situ). Недостаток этого пути заключается в трудностях с обеспечением необходимых условий кормления и содержания, требующих постоянных финансовых вложений. Поэтому даже самые крупные питомники и зоопарки могут позволить себе содержание весьма ограниченного количества представителей одного вида, особенно если речь идет о крупных животных. Для решения этой проблемы организуется сотрудничество между питомниками и зоопарками (часто на международном уровне) по обмену племенными животными, но это добавляет и новые проблемы, связанные с преодолением ветеринарных ограничений, существующих в разных странах, значительными затратами на перевозку животных, риском для их жизни и т. д.

Криобанк с коллекцией половых клеток этих животных во многом решает такие проблемы. Содержание, а правильнее — сохранение в пробирке (in vitro) сперматозоидов, яйцеклеток, эмбрионов в замороженном состоянии, имеет ряд неоспоримых преимуществ и лишь один, но большой недостаток. Он состоит в том, что чувства, которые вызывает вид пробирки, содержащей замерзшие беловатые капельки, не идут ни в какое сравнение с теми чувствами, которые испытываешь, наблюдая за нашими «братьями меньшими» в естественной среде обитания или даже из-за декорированной ограды вольера. И когда дело доходит до распределения денежных средств на тот или иной способ сохранения генофонда животного мира, о криобанке геномов вспоминают в последнюю очередь.

Между тем криобанк дает возможность без больших затрат хранить огромное количество генетического материала от множества особей. Проблема сохранения генетического разнообразия вида будет решена, если репрезентативная (полная) коллекция его генов собрана в банке. Хранение в банке не имеет ограничения по времени, можно без особых проблем транспортировать замороженные гены на любые расстояния, так как для перевозки требуется только сосуд Дьюара с жидким азотом размером со сравнительно небольшой бидон. Таким образом, используя метод криоконсервации генетического материала, мы можем организовывать обмен генами между популяциями, в которых генетическое разнообразие пропадает из-за их низкой численности. Например, в случае овцебыков, чьи популяции разделены огромными расстояниями, можно обеспечить обмен генами как между дикими, так и домашними стадами. Или другой пример: все ныне живущие зубры являются потомками всего 12 особей, и эффективного обмена генами между ними добиться сложно, так как за столетие разведения «в себе» они уже все стали родственниками. Но можно использовать замороженное семя через два, десять и более поколений и таким путем обеспечить поддержание генетической структуры вида.

Создание генетического банка, как один из путей сохранения биологического разнообразия, имеет логическую связь с другими способами его сохранения. Объединяются все три подхода сохранения биоразнообразия (in situ, ex situ и in vitro) следующим образом. От диких животных получают половые клетки (причем это можно делать, не убивая животных или используя в качестве доноров особей, обреченных на гибель в результате стихийных бедствий или из-за предельного возраста), затем полученный материал замораживают, хранят и при необходимости вводят животным-реципиентам из питомников и зоопарков. Потомство, имеющее лучшую жизнеспособность, разводят дальше или расселяют в природе. И таким образом мы можем предотвращать кровосмешение и вырождение малых популяций, что особенно актуально для редких видов животных.

Значение метода криоконсервации половых клеток и зародышей не ограничивается спасением редких и исчезающих видов. Идеи охраны природы, и в частности сохранение животного мира, уже стали частью (пусть даже и небольшой) общечеловеческой системы ценностей и культуры. При этом аргументы в пользу охраны природы чаще всего основаны на этических и экологических соображениях. А экономическая составляющая охраны природы в основном рассматривается как затратная часть или в виде некоторых доходов от демонстрации и непосредственного использования объектов дикой природы. Но, несмотря на то что человечество в течение тысячелетий успешно решает проблему обеспечения себя продуктами сельского хозяйства, имеются очень серьезные основания в признании генетических ресурсов дикой природы фундаментом для выживания человечества в будущем. При этом предсказать потребности человека в этой области нелегко.
Напомним, что все домашние животные произошли от диких, и процесс доместикации продолжается до сих пор. Для иллюстрации приводим несколько примеров: так, за ХХ столетие к разряду домашних животных добавились страусы, благородные олени и несколько видов пушных зверей; на Аляске, а теперь и в Якутии приступили к одомашниванию овцебыка — вида очень перспективного для северных территорий. Белки, лебеди, утки и павлины служат органичным украшением садов и пригородных парков. Не стоит забывать и о том, что охота на диких животных является одним из любимых видов досуга очень большого числа людей, а для многих охота является предметом профессиональной деятельности.

Существуют большие перспективы для использования генофонда представителей дикой природы на нужды селекции сельскохозяйственных животных и растений. Селекционеры имеют в этом случае возможность получать такие новые продуктивные качества, как устойчивость к заболеваниям и способность адаптироваться к суровым условиям климата и т. п. Например, при выведении семиреченской породы свиней, хорошо приспособленной для резко континентального климата Казахстана, был использован дикий среднеазиатский кабан; уже созданы новая порода овец — архаромеринос и так называемая «американская порода» крупного рогатого скота, в селекции которой использовался бизон.

Особое значение генетические ресурсы дикой природы могут иметь в извечном противостоянии человек — возбудители инфекционных заболеваний, так как на Земле микроорганизмы постоянно изменяются и все новые и новые их модификации угрожают человеку и сельскохозяйственным животным. Да и давно известные опасные инфекции, с которыми мы как бы уже справились, вновь проявляются при ослаблении контроля над ними, как это случилось с чумой и холерой. И для противодействия таким угрозам требуются все новые и новые формы лабораторных объектов как для проведения исследований, так и для разработки новых лекарственных средств.

В настоящее время мировая научная общественность уже не подвергает сомнению богатейшие возможности генетического криобанка. Многие ученые разрабатывают методы и технологии замораживания и дальнейшего применения криоконсервированных половых клеток различных представителей мировой фауны, включая насекомых, птиц и рыб; используют его и для сохранения разнообразия растительного мира. Автор этой статьи с коллегами подготовили и апробировали методики криоконсервации спермы зубра, благородного оленя и снежного барана в природе. Вместе с тем в практике охраны природы все эти разработки используются недостаточно широко.

Хотелось бы надеяться, что методики, о которых мы рассказали в этой статье, найдут достойное применение для сохранения живого богатства планеты, богатства, тающего у нас на глазах, часто задолго до того, как человечество успевает осознать, какое бесценное сокровище оно теряет в лице навсегда исчезнувшего с лица Земли вида.

Тарпан. Рис Е. Кобликова

<< | содержание | вверх | >>