Coddington: Vrste izumirajo 
do tisočkrat hitreje kot kadarkoli prej

Poskrbeti moramo, da bomo pravočasno ohranili vsaj genski zapis in vzorce tkiva izginjajočih vrst, je povedal biolog Jonathan Coddington, ki v washingtonskem narodnem prirodoslovnem muzeju pomaga skrbeti za največji arhiv živih organizmov na svetu.

Ti podatki bodo nekoč neprecenljivi za razumevanje razvoja življenja na Zemlji in za raziskave, ki jih bo omogočil prihodnji razvoj biotehnologije, je prepričan Coddington. Vendar je zasnova skladišč za shranjevanje tkiv in genskih zapisov zelo zahtevna, saj se znanstveniki ne ukvarjajo le s praktičnimi izzivi, ki jih prinaša pridobivanje, zamrzovanje in dokumentiranje vzorcev, temveč so nejasna tudi pravila, kdo sme shranjevati podatke o živih bitjih in za kakšne raziskovalne namene bo dovoljeno uporabljati vzorce. Bodo te zbirke odprte ali si jih bodo prilastila zasebna podjetja? Bodo nekatere manj razvite države, ki imajo izjemno biotsko raznovrstnost, ne pa tudi tehnologije za njihovo shranjevanje, postale žrtve nove oblike biološkega kolonializma? Se bomo lahko uprli želji po kloniranju dinozavrov, ko nam bo to omogočila biotehnologija?

Vse to so vprašanja, ki v 21. stoletju čakajo prirodoslovne muzeje. Zato bo služba muzejskih kuratorjev vse prej kot mirna ali celo dolgočasna, kar nam včasih očitajo bolj pustolovski terenski raziskovalni kolegi, se je namuznil Coddington.

Cilj vašega muzeja, da bi s pobudo Global Genome Initiative zgradili kar najbolj popolno zbirko genetskega materiala vseh živih zemeljskih bitij, se sliši kot načrt za biblično Noetovo barko. Se pripravljate na vesoljni potop?

Na primerjavo z Noetovo barko tudi sami večkrat pomislimo, saj različni katastrofični scenariji napovedujejo, da bomo kopenska živa bitja izumrla zaradi velikih poplav, ki jih bodo prinesle podnebne spremembe, vodna pa bosta že prej prizadela onesnaženje in izginjanje njihovega življenjskega okolja. Tudi če odmislimo najbolj pesimistične napovedi, se moramo zavedati, da žive vrste izumirajo hitreje kot kadarkoli v znani preteklosti – če zanemarimo velike katastrofe, kakršne so domnevno končale obdobje dinozavrov.

Koliko hitreje?

Raziskave fosilov kažejo, da je v preteklosti v povprečju izumrla po ena vrsta na milijon let. Do danes se je ta proces – odvisno od napovedi – od sto do tisočkrat pospešil. Ocene so različne, saj še vedno ne vemo, koliko vrst sploh živi na Zemlji, poleg tega podnebne spremembe zelo različno vplivajo na posamezne ekosisteme, kar pomeni, da so nekatere vrste bolj ogrožene od drugih. Vendar so to že drugotna vprašanja. Dejstvo je, da se biotska raznovrstnost življenja na Zemlji manjša. Razlogov, zaradi katerih izginjajo vrste, verjetno ne bomo mogli odpraviti, zato moramo začeti razmišljati o nekakšnih Noetovih barkah, s katerimi bomo poskusili ohraniti vsaj njihova tkiva in genome.

Zakaj so te informacije pomembne?

Izumiranje vrst bo imelo za kakovost življenja na našem planetu številne negativne posledice, vendar se bom omejil samo na področja, ki se dotikajo mojega dela. Prvi prirodoslovni muzeji so bili pred približno tristo leti ustanovljeni predvsem z enim namenom: razumeti življenje na Zemlji in našo vlogo v njem. Zato nikoli niso bili samo razstavni prostori, ampak tudi arhivi, skladišča in raziskovalne ustanove. Vsaka vrsta pomeni delček izjemno kompleksne življenjske sestavljanke, ki je še dolgo ne bomo zares doumeli. Če vrsta izumre in o njej nimamo nekaterih najpomembnejših podatkov – predvsem genoma –, je najmanj en delček sestavljanke izgubljen. Poleg tega bodo naše zbirke pomembne tudi za ugotavljanje posledic podnebnih in drugih okoljskih sprememb.

Ugotavljanje okoljskih sprememb?

Stari vzorci so bili že nekdaj pomembni pri iskanju odgovorov na novodobna vprašanja. Če hočete določiti spremembo, morate najprej vedeti, kakšno je bilo stanje pred določenim dogodkom. Vzemimo nedavno veliko razlitje nafte v Mehiškem zalivu. Znanstveniki že pripravljajo prve raziskave, s katerimi bodo ugotavljali posledice razlitja – kaj se je zgodilo z nafto, koliko vrst je izginilo, se bo povečal odstotek okvarjenih zarodkov, se bodo ostanki nafte znašli v organizmih rakcev, ki jih lovijo tamkajšnji ribiči … Zato bo naša zbirka morskega življenja v Mehiškem zalivu za njihove raziskave zelo pomembna, ker bodo lahko svoje meritve primerjali z našimi vzorci, pobranimi pred razlitjem.

Bodo genetske informacije o izgubljenih vrstah kdaj uporabljene za njihovo obuditev? Japonski znanstveniki so prejšnji teden napovedali, da bodo v prihodnjih petih letih znali klonirati mamuta.

Jurski park je poleg Noetove barke druga najpogostejša metafora, s katero se srečujem pri delu (nasmešek). Zmrznjeni vzorci tkiva in genetskega materiala, ki so se ohranili v ledenikih ali bioloških skladiščih – biorepozitorijih –, namreč že dolgo navdihujejo ustvarjalce znanstvenofantastičnih romanov in filmov, kar verjetno kaže našo obsedenost z večnim življenjem in radovednost, kaj bi se zgodilo, če bi obudili kako zanimivo izumrlo vrsto. Bomo nekoč znali obuditi mamuta? Zelo verjetno, saj so se tudi naši sodelavci v washingtonskem živalskem vrtu naučili pravilno zamrzovati jajčeca, spermije in zarodke izbranih živalskih vrst, da bi jih nekoč morda obudili s pomočjo ustreznih nadomestnih mater. Vprašanje pa je, zakaj bi to počeli.

Zabaviščni park z dinozavri in celo neandertalci se utegne marsikomu zdeti dobra in predvsem donosna zamisel. Navsezadnje so bili v Evropi in ZDA nekoč zelo priljubljeni nekakšni antropološki cirkusi, v katerih so 'civiliziranim' zahodnjakom razkazovali 'divjake' – pripadnike afriških, južnoameriških in drugih eksotičnih plemen.

Komercialni interes bo zagotovo obstajal, vendar upam, da bo tako početje ustrezno pravno nadzorovano, saj morebitno kloniranje neandertalca ni samo tehnično, temveč tudi etično vprašanje. Hkrati menim, da medijsko zanimive novice, kakršna je napoved kloniranega mamuta, ne izražajo tistega, kar zares zanima današnje biotehnologe, in kakšna bo prihodnja uporaba naših zbirk.

Kaj zares zanima biotehnologe?

Predvsem razvoj novih zdravil, terapij in materialov. Materiali namreč niso več samo kamen, kovina, plastika in keramika, saj nano- in biotehnologija prinašata čisto nove poglede, kako bomo v prihodnosti sestavljali stavbe, obleke in druge predmete ali pridelovali energijo s pomočjo umetno vzgojenih bakterij, ki bodo, denimo, v posebnih reaktorjih predelovale biomaso.

Ali niso revolucije na teh področjih že pred več kot desetimi leti napovedovali nekateri vidni znanstveniki, ki so verjeli, da bo razvozlavanje človeškega genoma prineslo zdravila za bolezni, podaljšalo življenje …

… se te obljube do danes niso uresničile? V znanstveni skupnosti občutek razočaranja nad dosedanjimi rezultati genetskih raziskav ni tako močan kot v javnosti, saj je bila večina znanstvenikov zelo kritična do velikih obljub, ki so jih izrekali nekateri javno izpostavljeni zagovorniki projekta genom. Danes se bolje zavedamo, kakšne so omejitve našega poznavanja delovanja genoma, kako dolgotrajna je v resnici pot od neke nove beljakovine do učinkovitega zdravila ali terapije in kako težko je umetno vzgojiti tkivo, ki ga telo po presaditvi ne bo zavrnilo.

Ker je delovanje neke snovi vedno odvisno še od drugih dejavnikov v okolju ali organizmu?

Morda smo preveč naivno verjeli, da za vsako težavo obstaja ena prava rešitev, zato smo spregledali, da je narava razvila zelo kompleksne strategije za reševanje preživetvenih izzivov, za katerimi se skrivajo milijoni let poskusov in napak. Žabe in druge dvoživke, denimo, ki morajo preživeti v vlažnem okolju, so morale razviti učinkovito obrambo pred bakterijami in glivicami. Že dolgo vemo, da njihova povrhnjica izloča snovi, pogubne za mikroorganizme, ki jih ogrožajo. Sprva smo verjeli, da moramo samo analizirati te spojine in se jih naučiti sintetizirati, pa bomo dobili učinkovito sredstvo za boj proti nevarnim bakterijam. Šele pozneje smo postali pozorni na druge podrobnosti – da žabe v različnih okoliščinah izločajo od deset do nekaj sto spojin, ki vsaka po svoje opravlja obrambne naloge. Da nekatere delujejo na celično ovojnico bakterij, druge imajo strupene učinke, tretje so se razvile kot prilagoditev na odporne bakterije ali glivice … Ironično je, da se hkrati z našim spoznavanjem teh mehanizmov povečuje zavest, da so dvoživke zelo ogrožen živalski razred. Ko bomo imeli dovolj znanja, da bomo razumeli, kako delujejo njihove protibakterijske strategije in kako se znajo regenerirati v odrasli dobi, morda dvoživk ne bo več. Zato je pomembno, da ohranimo vsaj informacije, ki jih lahko ohranimo – izbrana tkiva in njihove genome.

Kako bodo prihodnji raziskovalci uporabili te podatke?

Napredek biološke informatike napoveduje, da oživljanje izumrlih vrst morda sploh ne bo potrebno, ker bomo znali iz genoma izdelati dovolj natančne matematične modele živih bitij, ki bodo v veliki meri nadomestili poskuse na živih primerkih. Taki matematični modeli ne poznajo fizičnih omejitev. Hkrati jih lahko uporablja poljubno število raziskovalcev, ne ovirajo vas majhne količine, s katerimi se ukvarjate, če proučujete neko spojino, ki jo izločajo pajki, a jo lahko pridobite le po nekaj nanolitrov iz pajkovih zob … Poleg tega se hitro izboljšujejo algoritmi, ki znajo obnoviti poškodovano DNK, kar nam bo nekoč omogočilo rekonstrukcijo genoma iz fosilov in drugih vzorcev, ki se niso ohranili v celoti.

Podobno kot reševanje podatkov iz pokvarjenega računalniškega diska ali spraskane laserske plošče?

Zelo podobno. Računalniška in biološka forenzika uporabljata podobne metode za rekonstrukcijo podatkov s poškodovanih nosilcev.

Je sploh treba shranjevati fizične vzorce, če bodo lahko raziskovalci večino dela opravili na matematičnih modelih?

No, modeli so lahko zelo natančni, vendar so še vedno samo modeli. Zgodovina je muzeje zelo dobro naučila, da je pomembno ohranjati materialne dokaze, ne samo informacij o njih (nasmešek).

Kako zanesljive so metode ohranjanja tkiv in genomov? Pričakovanje, da bomo globoko zamrznjeni pričakali razvoj zdravila za našo bolezen ali premagali velike razdalje na medplanetarnih poletih, je verjetno še pretirano?

Vsekakor. Če bi vam danes odrezali konico prsta na roki in jo pravilno zamrznili v tekočem dušiku, bi bila čez sto let ohranjena samo približno tretjina celic, preostale pa bi odmrle – večinoma že med zmrzovanjem. Zato poskušajo raziskovalci na različne načine izboljšati tehnike zamrzovanja in odmrzovanja, da bi povečali odstotek preživelih celic. Enakih postopkov žal ni mogoče enako uspešno uporabiti pri vseh organizmih, zato je razvoj povezan tudi s prioritetami – katere vrste shraniti prej in katere lahko počakajo. Hkrati moramo redno prebirati tudi lastno zbirko. Trenutno imamo približno pet milijonov digitaliziranih vzorcev. Od 126, ki smo jih nabrali od leta 1837, nameravamo ohraniti petdeset milijonov vzorcev, saj vseh nima smisla digitalizirati.

Kako se odločite, katere vrste je treba shraniti takoj, katere lahko počakajo, katere vzorce shraniti in katere zavreči?

Težko. En dejavnik je ogroženost, zato smo se v zadnjih letih veliko ukvarjali s shranjevanjem celic morskih koral, ki živijo na koralnih grebenih. Drugi dejavnik je raznolikost. V petdesetih hektarjih gozda lahko naberete tudi po deset tisoč različnih genomov, zato morate že pri izbiri terena upoštevati, kako boste pridobili kar najbolj različne vzorce, ki se ne bodo podvajali s tistimi, ki ste jih že nabrali v nekem drugem gozdu. Prav podvajanje vzorcev je največja težava, ki jo želimo omiliti s pomočjo pobude Global Genome. Ocenjujemo, da so po manjših in večjih zamrzovalnikih povsod po svetu že shranjeni vzorci kakih osemdesetih odstotkov vseh znanih vrst, vendar nihče nima pregleda nad celoto. Ne vemo, kje so ti vzorci, kako so bili nabrani in shranjeni, kateremu tkivu pripadajo, kakšna je kakovost genoma … Zato upamo, da nam bo uspelo postaviti enotno metodologijo in povezati biološke repozitorije v enoten informacijski sistem, ki bo na voljo vsem raziskovalcem po svetu. V naslednjem koraku se bomo morda lahko povezali še z drugimi zbirkami, denimo banko rastlinskih semen v okviru projekta Millennium Seed Bank, s katalogom človeških bolezni, z zbirko rakastih tkiv … To je sicer zahtevna naloga, vendar izvedljiva. Večje ovire so drugje.

Raziskovalci in ustanove nočejo deliti svojih zbirk?

Niti ne. Številni raziskovalci so nam pripravljeni prepustiti svoje zbirke, ker se zavedajo, da sami ne bodo mogli poskrbeti zanje. Tudi ustanove so večinoma pripravljene sodelovati, ker vedo, da nima smisla na vsaki fakulteti ali inštitutu postavljati lastnih hladilnikov. To se pogosto ne splača niti nacionalnim državam. Vzemite Slovenijo. Verjetno bi si lahko postavili nacionalno bioskladišče, ampak zakaj bi to počeli? Evropa je biotsko razmeroma revna. V Avstriji, Sloveniji, Nemčiji in Švici živijo zelo podobne vrste, zato je bolj smiselno razmišljati o skupnem evropskem biološkem repozitoriju.

V tem primeru se utegne nekoč pojaviti vprašanje lastništva – kdo bo lastnik take zbirke in kakšne pravice bodo ohranile države, ki so prispevale svoje vzorce.

Evropa me ne skrbi, saj je EU precej olajšala sodelovanje med posameznimi nacionalnimi državami in njihovimi ustanovami. Bolj me zanima, kako bomo rešili neko drugo zadrego. Biološko najbolj bogata in hkrati ogrožena območja so tam, kjer države nimajo denarja in tehnologije za njihovo ohranitev – v Indoneziji, Braziliji … Hkrati pa raziskovalce v tistih krajih ovirajo izjemno stroge in neenotne prepovedi o zbiranju in iznosu bioloških vzorcev.

Te države se verjetno zelo dobro spomnijo kolonializma in hočejo preprečiti izkoriščanje bioloških virov, kakršnega so vajene iz preteklosti, pa tudi sedanjosti. Farmacevtske in biotehnološke korporacije redno poskušajo patentirati genski material, ki so ga nabrale med odpravami na, kot pravite, biološko bogata območja.

Strinjam se, da je njihovo nezaupanje upravičeno. Te države imajo z Zahodom že veliko slabih zgodovinskih izkušenj, zato nočejo tvegati novih oblik biološkega kolonializma. Pred kratkim je bila podpisana mednarodna konvencija o biološki raznovrstnosti, pripravlja se tudi dogovor o dostopu do bioloških virov, ki bo, vsaj upam, olajšal znanstveno delo.

Bo vaša zbirka ostala odprta ali razmišljate tudi o komercialni uporabi?

Poslanstvo Smithsoniana je poglabljanje in širjenje znanja, zato bo naša zbirka ostala odprta. Drugo vprašanje je, kako jo tudi v prihodnosti zaščititi pred morebitnimi zlorabami, saj je problematika lastništva v biologiji zelo zapletena. Zato še razmišljamo, kako kar najbolje določiti pravila, na kakšne načine in v kakšne namene bo dovoljeno uporabljati tkiva in genetske informacije v naših repozitorijih. Prav lastništvo nad biološkimi informacijami je tesno povezano z vlogo prirodoslovnih muzejev v 21. stoletju. Če muzeji in druge nekomercialne ustanove ne bomo zagotovili javno dostopnih zbirk, bodo zanje poskrbela zasebna podjetja, ki bodo začela zbirati, odkupovati in shranjevati biološke vzorce. Taka privatizacija zagotovo ne bi spodbujala nekomercialnega raziskovalnega dela in temeljnih raziskav, na katerih še vedno temelji razvoj naravoslovnih znanosti. Zato se moramo potruditi, da bo znanje o življenju na našem planetu tudi v prihodnosti dostopno vsem.