«Под белым небом»: могут ли технологии решить экологические проблемы
По мнению многих ученых, мы вступили в новую геологическую эпоху — антропоцен, человек — главный определяющий фактор, воздействующий на экосистему Земли. Чрезмерное вмешательство в природу породило многие проблемы, в том числе появление инвазивных видов растений и животных. Принесенные случайно или намеренно на новую почву, эти виды создали серьезные угрозы местным флоре и фауне. Лауреат Пулитцеровской премии Элизабет Колберт рассказывает о применении передовых технологий для возможного решения этой экологической проблемы, а также исправления других последствий человеческой жизнедеятельности.
РБК Тренды публикуют главу из книги Элизабет Колберт «Под белым небом». Материал подготовлен в коллаборации с издательством «Альпина нон-фикшн».
Изначально жаба-ага обитала в Южной и Центральной Америке, а также на самом юге Техаса. В середине XIX века их завезли в страны Карибского бассейна. Идея заключалась в том, что жабы станут поедать личинок жуков, которые наносили вред главной товарной культуре региона — сахарному тростнику. (Сам тростник, кстати, тоже был завезен, только из Новой Гвинеи.) Из Карибского бассейна жабы попали на Гавайи, а уже оттуда — в Австралию. В 1935 году 102 жабы были погружены на пароход в Гонолулу. Все, кроме одной, пережили путешествие и оказались на исследовательской станции, на северо-восточном побережье Австралии, где выращивают сахарный тростник. За год они отложили более 1,5 млн икринок. Появившихся на свет головастиков специально выпустили в реки и пруды региона.
Вряд ли от жаб была хоть какая-то польза для сахарного тростника. Личинки жуков сидят слишком высоко над землей, чтобы до них смогла дотянуться амфибия размером с булыжник. Но жаб это не смутило. Они легко нашли себе другую пищу и продолжили производить головастиков миллионами. Начав с клочка побережья в Квинсленде, они двинулись на север, на полуостров Кейп-Йорк, и на юг, в Новый Южный Уэльс. В 1980-е годы они добрались до Северной территории. В 2005 году достигли места, известного как Мидл-Пойнт, в западной части Северной территории, недалеко от города Дарвин.
По пути произошло кое-что любопытное. На ранней стадии вторжения распространение жаб шло со скоростью около 10 км в год. Несколько десятилетий спустя — уже 20 км в год. К тому времени, когда они достигли Мидл- Пойнта, они «разогнались» до 48 км в год. Когда исследователи измерили жаб, то поняли, в чем дело. У этих северных жаб ноги были значительно длиннее, чем у квинслендских. И этот признак передавался по наследству. Газета Northern Territory News опубликовала эту историю на первой полосе под заголовком «Супержаба». Статью украшало изображение Супермена с головой жабы. «Кошмарные жабы уже на нашей территории, и теперь они эволюционируют», — в панике писала газета. Вопреки всем предположениям Дарвина, казалось, что мы видим эволюцию в реальном времени.
Жабы-аги не только пугающе большие; с человеческой точки зрения они еще и уродливые: у них костлявые головы и на морде словно застыла злобная усмешка. Но что делает этих амфибий по-настоящему «кошмарными», так это то, что они ядовиты. Если взрослую жабу-агу кто-то укусит или испугает, она выпускает молочно-белую слизь, содержащую вещества, останавливающие сердце. Собаки часто страдают от отравления этим ядом, причем симптомы варьируют от пены из пасти до полной остановки сердца. Люди, которые по глупости съедят жабу-агу, обычно умирают.
Раньше в Австралии не было ядовитых жаб; собственно, там вообще не было жаб. Поэтому местная фауна в процессе эволюции не научилась их опасаться. Так что история жабы-аги — это история азиатского карпа наоборот. Если карпы являются проблемой в Соединенных Штатах, потому что их никто не ест, то жабы представляют угрозу в Австралии, потому что их едят почти все. Список видов, численность которых сократилась из-за поедания жаб, весьма длинный и разнообразный. В него входят: австралийские узкорылые крокодилы, аргусовы вараны, которые вырастают до полутора метров в длину; гладкие ящерицы (синеязыкие сцинки); водяные ящерицы, похожие на маленьких динозавров; гадюкообразная смертельная змея, которая, как следует из названия, ядовита; а также мулга, одна из самых ядовитых змей на планете. Но больше всех, безусловно, пострадал симпатичный зверек под названием северная сумчатая куница. Это небольшое животное 30 см в длину, с заостренной мордочкой и пятнистой коричневой шерсткой. Когда молодые сумчатые куницы выбираются из материнской сумки, мать носит их на спине.
Чтобы сдержать распространение жаб, австралийцы придумали всевозможные способы, более или менее хитроумные. Например, «жабинатор» — ловушку, оснащенную портативным динамиком, воспроизводящим голос жабы-аги, который одни сравнивают с гудком в телефонной трубке, а другие — с гулом мотора. Исследователи из Университета Квинсленда разработали приманку, с помощью которой можно заманить жабьих головастиков на верную гибель. Люди стреляют в жаб из пневматических винтовок, бьют их молотками, колотят клюшками для гольфа, переезжают автомобилями, засовывают в морозилку, пока те не затвердеют, и распыляют на них состав под названием HopStop, который, как уверяют продавцы, «нейтрализует жабий яд за несколько секунд» и убивает их в течение часа. Организуются «противожабьи» отряды. Группа под названием «Кимберлийские охотники за жабами» рекомендовала австралийскому правительству предложить награду за каждую уничтоженную жабу. Девиз группы звучит так: «Если бы на жаб охотились все, скоро было бы не на кого охотиться!»
Тизард заинтересовался жабами-агами еще до того, как их увидел. Джелонг находится в южной Виктории, регионе, который жабы пока не захватили. Но как-то на конференции он сидел рядом с молекулярным биологом, которая изучала этих жаб и рассказала ему, что, несмотря на все старания, жабы продолжают распространяться.
«Она заметила, что это очень печально и жаль, что нет какого-нибудь нового подхода к решению этой проблемы, — вспоминал Тизард. — Ну, я сел и принялся размышлять. Я рассудил так: токсины — продукт жабьего метаболизма. Значит, при их выработке задействованы ферменты, а у ферментов должны быть гены, которые их кодируют. При этом у нас есть инструменты, чтобы «выключать» гены. Так не можем ли мы «выключить» ген, который отвечает за выработку токсина?»
На помощь Тизард привлек молодого ученого Кейтлин Купер, обладательницу каштановых волос до плеч и заразительного смеха, она приехала в Австралию из Массачусетса. Никто никогда раньше не редактировал геном жабы-аги, так что Купер еще предстояло разобраться, как это сделать. Оказалось, что жабьи икринки нужно сначала промыть, а затем проколоть очень тонкой пипеткой, и это нужно сделать быстро, прежде чем клетки начнут делиться.
— Я довольно долго тренировалась делать микроинъекции, — рассказала мне Купер. Для начала она решила изменить цвет жаб. Ключевой ген пигментации кожи у жаб (и у людей, кстати, тоже) кодирует фермент тирозиназу, контролирующий выработку меланина. Купер рассудила, что если этот ген отключить, то получатся жабы светлого, а не темного окраса. Она смешала несколько яйцеклеток и сперматозоидов в чашке Петри, ввела в полученные эмбрионы вещества, связанные с CRISPR, и подождала. Появились три необычно пестрых головастика. Один из них умер. Два других — оба самцы — выросли в пятнистых жаб. Их окрестили Спот и Блонди. «Я был в полном восторге, когда это произошло», — сказал мне Тизард.
Потом Купер занялась «выключением» токсичности жаб. Яд (буфотоксин) у жабы-аги вырабатывается в крупных околоушных железах, расположенных ближе к спине, а также в более мелких железах, разбросанных по всему телу. Выделенный в ее обычном состоянии, он просто вызывает у млекопитающих тошноту.
Если жаба чувствует опасность, она вырабатывает особый фермент — гидролазу буфотоксина, — который стократно усиливает действие яда. При помощи технологии CRISPR Купер отредактировала вторую партию эмбрионов и удалила часть гена, кодирующего гидролазу буфотоксина. В результате получилась партия неядовитых жаб.
После беседы Купер предложила посмотреть на самих жаб. Для этого мы отправились дальше вглубь AAHL, минуя несколько герметичных дверей и уровней безопасности. Мы все надели защитные костюмы поверх одежды и бахилы на обувь. Купер опрыскала мой диктофон какой-то дезинфицирующей жидкостью. Табличка на двери гласила: «Карантинная зона. Нарушителям грозит штраф». Я решила, что лучше не рассказывать компании The Odin о моих собственных, куда менее безопасных приключениях по редактированию генов.
За дверями было что-то вроде стерильного зверинца, заполненного животными в разных по размеру вольерах. Пахло одновременно больницей и контактным зоопарком. Возле нескольких клеток вокруг пластикового резервуара скакали лишенные яда жабы. Их было около десятка, примерно десяти недель от роду, и каждая длиной 7–8 см. «Видите, какие они активные», — сказала Купер.
В резервуаре было все, что, по мнению человека, могло понадобиться жабе: искусственные растения, ванна с водой, светильник. Я подумала о доме мистера Жаба, «изобилующем всеми современными удобствами», из сказочной повести Кеннета Грэма «Ветер в ивах». Одна из жаб высунула язык и схватила сверчка.
«Они едят буквально все, — сказал Тизард. — Даже друг друга. Если большая жаба встретит маленькую, обед ей обеспечен».
Если стайку неядовитых жаб выпустить на свободу, вряд ли они продержатся долго. Кого-то съедят узкорылые крокодилы, ящерицы или гадюкообразные змеи, а остальные затеряются среди сотен миллионов ядовитых жаб, которые уже снуют повсюду.
Но Тизард задумал для них карьеру в сфере образования. Исследования, проведенные на сумчатых куницах, показывают, что зверьков можно научить держаться подальше от жаб. Если кормить их жабьими «сосисками», сдобренными рвотным средством, то они будут ассоциировать жаб с тошнотой и начнут их избегать. Лишенные яда жабы, по словам Тизарда, могли бы стать еще лучшим инструментом обучения: «Если хищник их съест, то заболеет, но не умрет, и тогда он решит: «В жизни больше жабу не съем».
Но чтобы таких жаб можно было использовать для обучения куниц — или для любой другой цели, — нужно получить целый ряд государственных лицензий.