פרויקט Earth BioGenome רוצה לסדר את כל החיים על פני כדור הארץ

לבני אדם יש הרגל רע: מאז ימי המקרא, פתחנו אפוקליפסות רק כדי לבקוע תוכניות של הרגע האחרון להציל את כדור הארץ מהרס.

ובכן, אולי נחסך מאיתנו זעמו של אלוהים אבל עדיין לא מההשלכות של שינויי האקלים. אז עם עליית פני הים והטמפרטורות העולמיות, קומץ נחים של ימינו נטלו על עצמם את המשימה לשמור על החיים עבור הדורות הבאים. במקום ארון קודש, הם פנו לטכנולוגיה ככלי לשימור.

על אי נידח בנורבגיה הארקטית, ה כספת הזרעים העולמית של סבאלברד מציע בית מחסן מבוצר עבור 1,700 או כך גדות זרעים אחרים המפולפלים ברחבי העולם. מטרת הארגון היא לשמר את המגוון הגנטי ולהציל את החקלאות מכישלון קטסטרופלי כתוצאה מסביבה לא סלחנית.

הצוות הבינתחומי מאחורי חיים דיגיטליים, מצד שני, משתמש במצלמות בחדות גבוהה כדי לצלם תמונות תלת מימד של בעלי חיים, עם התמקדות במינים בסכנת הכחדה. על ידי פרסום מודלים תלת-ממדיים אלה בחינם באינטרנט, הפרויקט מסייע בשיתוף נתונים מדעיים ברחבי העולם, תוך שמירה על דגימות - גם אם באופן דיגיטלי - עבור הדורות הבאים.

כעת צוות של גנומיקאים הגדיר מטרה שאפתנית משלו - לרצף את הגנום של כל הצמחים ובעלי החיים על פני כדור הארץ. התקשר ל Earth BioGenome Project, הם מקווים לחשוף את סודות האבולוציה, לסייע במאמצי שימור, ולעזור לשמר את השרטוט של המינים לנצח.

מקורות

הפרויקט התעורר לחיים בצורה הולמת - על גב המפית בזמן שכמה מדענים התלבטו בתעלומות החיים. בדיון שלהם, האריס לוין, ג'ין רובינסון, ו ג'ון קרס הגיע למבוי סתום. העיסוקים המדעיים שלהם היו שונים - לוין חוקר את התפתחות הגנום, רובינסון את מקור ההתנהגות החברתית ב חרקים, וקרס האבולוציה המשותפת של צמחים וציפורים - אבל כולם הסכימו שהם יצטרכו הרבה יותר נתונים כדי לפצח את קודים מסוימים.

"היו ממש מאות שאלות שהיינו צריכים לשאול כדי לדעת את סודות החיים על הפלנטה", אמר לוין, פרופסור באוניברסיטת קליפורניה, דייויס, ל-Digital Trends.

בתור גנומיקאים, הרבה מידע שהם צריכים היה ארוז ב-DNA, אז לוין שרבט כמה חישובי אחורי המפית כדי לראות מה יידרש כדי לבצע סריקה מלאה, לסדר את הגנום של כולם חיי צמחים ובעלי חיים. זה נראה אפשרי, אמר, אז הם התחילו לשקול את ההשלכות של מפה גנומית כה נרחבת של החיים על פני כדור הארץ.

"הבנו שמה שיהיה לנו יהיה סוג של תשתית לביולוגיה חדשה", אמר, "מדעית מבנה להבנה באמת כיצד התפתחו החיים על הפלנטה, וכמובן מה אתה יכול להפיק מכך יֶדַע."

מאוחר יותר, החוקרים פיתחו ציר זמן וביצעו עוד כמה חישובים פורמליים, ויצרו תוכנית ל-10 שנים בעלות מוערכת של 4.7 מיליארד דולר.

סיבות

פרויקט Earth BioGenome מונע על ידי שני עיסוקים עיקריים. ראשית, משאב כזה יעניק לגנומיקאים גישה חסרת תקדים למדריכי ההוראות של החיים. אם אתה חושב על גנים כמרכיבים ועל אורגניזמים כארוחה, גנומים הם כמו מתכונים בספר בישול אבולוציוני. קריאה בגנום אולי לא תגיד לך בדיוק למה אורגניזם הוא כמו שהוא, אבל זה נותן לך מסגרת די ברורה לחקור איך הוא נוצר.

"איך החיים התארגנו?" אומר לוין, מתחיל לפרט את מסתורי האבולוציה. "מהם היחסים בין אורגניזמים על הפלנטה? זה לא ברור מהאופן שבו הטקסונומיה המסורתית נעשית... אבל על ידי השוואת רצפי ה-DNA לכל אחד מהם אחר אתה יכול להבין את מערכות היחסים ועם הזמן לגלות דברים כמו היכן אבות התכנסו."

המטרה הנוספת של הפרויקט היא מיפוי DNA למען שימור ושימור.

"ברגע שאתה יודע את המידע הגנטי הזה, אתה יכול לתכנן תוכניות שיאפשרו לביולוגים לשימור לפתח תוכניות לשימור ושימור על סמך המידע הזה", אמר לוין. זה אולי נשמע פשוט אבל זה יכלול תוכניות מותאמות אישית לכל מין המדובר.

במהלך השלב הראשון של הפרויקט ינסו החוקרים לרצף כ-9,300 מינים, אמר לוין, לפחות אחד מכל משפחה איקריוטית. מתוך 500 מיליון דולר להערכת לוין שהם יצטרכו לממן את השלב הראשון, הצוות גייס 100 מיליון דולר.

הם ירחיבו את הרשת שלהם בשלבים מאוחרים יותר, במטרה לכלול את 23,000 המינים הרשומים בסכנת הכחדה על ידי האיגוד הבינלאומי לשימור הטבע, ובסופו של דבר הם מקווים לרצף את כל הידועים חַיִים.

לעשות את זה לבד לא יהיה אפשרי אז לוין ועמיתיו גייסו קצת עזרה. חוקרים עמיתים, מוסדות ואפילו מדינות שלמות גילו עניין בתרומה לפרויקט Earth BioGenome, לקחת על עצמם חלק מעומס העבודה ולעזור לשלם את החשבון.

"מדינות ברחבי העולם רוצות להשתתף בצורה משמעותית", אמר לוין, "לא רק על ידי מתן דוגמאות לפרויקט אלא גם...לפתח את היכולת הפנימית והתשתית שלהם לביצוע הרצף, הפרשנות והאינפורמטיקה." הוא הצביע על ברזיל, שבזכות אגן האמזונס, מייצגת בערך עשרה אחוזים מכל המגוון הביולוגי העולמי, כמדינה שרוצה להתערב.

אתגרים

הפרויקט נגרר על ידי כמה שאלות, לא פחות מכך, האם זה אפשרי והאם זה בכלל שווה את זה?

כ-1.5 מיליון מינים גילו, אבל מומחים חושבים שזה מייצג רק עשרה אחוזים מהמספר הכולל של צמחים ובעלי חיים הקיימים. עד כה, רצנו רק כ-15,000 מינים.

אבל טכנולוגיית הרצף התקדמה במידה ניכרת מאז פרויקט הגנום האנושי, יוזמה של 3 מיליארד דולר שלקחה 13 שנים להשלמתה. לפני כמה שנים חברות התפארו בכך שהן יכולות לרצף גנום אנושי שלם בפחות מ-1,000 דולר. בשנה שעברה, הם טענו שהם יכולים לעשות את זה תמורת 100 דולר. אז לוין לא מודאג לגבי הרצף - הוא מתמקד בהנחת ידו על דגימות מלכתחילה.

"רכישת דגימות היא החלק הקשה ביותר", אמר. "הרצף הוא לא הכי קשה. יש לנו את הטכנולוגיה לעשות את זה. זה לשבור, לאסוף, לוודא שהתוקף של מין מסוים נכון [זה יהיה האתגר הגדול ביותר]. עבור מינים רבים בעולם יש רק אדם בודד שיכול לזהות את המין הזה. יש כל כך מעט מומחים בעולם שיכולים לעשות עבודה כזו".

לא כולם חושבים שהפרויקט הוא עיסוק ראוי בכל הנוגע להצלת מינים. במקום כמו האמזונס הברזילאית, שמפסידה אלפי קילומטרים רבועים של יער גשם מדי שנה ואיזה נראה שהממשלה לא החלטית במחויבותה להגן, קמפיין לרצף מינים עלול להחמיץ את הנקודה.

"השאלה העקרונית לגבי מקום כמו האמזונס היא מה אנחנו יכולים לעשות כדי למנוע ממנו לעלות לעשן בשלושים או ארבעים השנים הבאות." סטיוארט פים, אקולוג לשימור ומומחה במחקרי הכחדה, אמר. "אם זה יעלה לעשן, בין אם אנחנו יודעים את הגנום או לא, זה לא יעזור לנו שום דבר".

פים הודה שהוא "לא מתלהב מגנום" אבל אמר, "זה נראה לי רחוק מהאתגרים הגדולים... אני לא חושב שזה פרויקט שימושי מאוד לאור גודל אתגרי המגוון הביולוגי הכרוכים בהגנה על האמזונס ובהגנה על המגוון הביולוגי סביב עוֹלָם."

למה סוף

אם שמים את שימור המינים בצד, ייתכן שלא ייקח עשור עד שפרויקט Earth BioGenome יתחיל להשתלם בדרכים אחרות. בשותפות לאחרונה, הפרויקט הצטרף ל- Earth Bank of Codes, פלטפורמה דיגיטלית המתעדת ורושמת נתונים ביולוגיים בבלוקצ'יין ציבורי. על ידי הפיכת "הנכסים הביולוגיים" של המדינה, לרבות קוד גנטי, פתוחים ומוגנים מפני חיפוש ביולוגי, השותפות מקווה לעזור לחדשנים לפתח תרופות וטכנולוגיות בהשראת ביו שיכולים להגדיר את עתידנו. כמה מהרעיונות הנעלה של הארגון כוללים שימוש בנמלים כדי להשפיע על מכוניות בנהיגה עצמית וצפרדעים רעילות לפיתוח תרופות אנטי-מיקרוביאלית.

"המטרה [עם השותפות הזו] היא להבטיח חלוקת תועלת מכל המצאה, חדשנות וטכנולוגיה חדשה מתפתח כתוצאה מהרצף של המגוון הביולוגי שבו המגוון הביולוגי מקורו מכל מדינה מסוימת", לוין אמר. "ניתן להחזיר כל ידע הנובע מהפרויקט הזה או מההטבות שנוצרו, או לחלוק חלק מההטבות הללו עם המדינות הללו".

שותפות כזו יכולה לעורר מודל כלכלי חדש עבור מקומות כמו אגן האמזונס, שבהם ביו-כלכלה יכולה להתבסס על השראה מאורגניזמים ביולוגיים ולא על ניצול טבעי אֶמְצָעִי.

אבל קודם הם יצטרכו להתחיל לבצע רצף. נותרו רק כמה מיליוני מינים.

המלצות עורכים

• מדענים רוצים לכסות את כדור הארץ בחיישנים. הנשק הסודי שלהם? עשים