Zemes biogenoma projekts vēlas sakārtot visu dzīvību uz Zemes

Cilvēkiem ir slikts ieradums: kopš Bībeles laikiem mēs esam ievadījuši apokalipses tikai tāpēc, lai pēdējā brīdī izstrādātu plānus planētas glābšanai no iznīcināšanas.

Iespējams, mēs esam paglābušies no Dieva dusmām, bet vēl ne no klimata pārmaiņu sekām. Tā kā jūras līmenis un globālā temperatūra paaugstinās, daži mūsdienu Noasi ir uzņēmušies uzdevumu saglabāt dzīvību nākamajām paaudzēm. Šķirsta vietā viņi ir pievērsušies tehnoloģijām kā savam traukam saglabāšanai.

Nomaļā salā arktiskajā Norvēģijā, Svalbāras globālā sēklu glabātuve piedāvā nocietinātu atlicinātāju aptuveni 1700 citām sēklu bankām visā pasaulē. Organizācijas mērķis ir saglabāt ģenētisko daudzveidību un glābt lauksaimniecību no katastrofālām neveiksmēm nepielūdzamas vides dēļ.

Aiz muguras starpdisciplināra komanda Digitālā dzīve, no otras puses, izmanto augstas izšķirtspējas kameras, lai uzņemtu dzīvnieku 3D attēlus

, koncentrējoties uz apdraudētajām sugām. Publicējot šos 3D modeļus bez maksas tiešsaistē, projekts palīdz koplietot zinātniskos datus visā pasaulē, vienlaikus saglabājot paraugus — kaut arī digitāli — nākamajām paaudzēm.

Tagad genomiķu komanda ir izvirzījusi savu ambiciozo mērķi - sakārtot visu augu un dzīvnieku genomu uz Zemes. Sauc par Zemes biogenoma projekts, viņi cer atklāt evolūcijas noslēpumus, palīdzēt saglabāšanas centienos un palīdzēt saglabāt sugu plānu uz mūžu.

Izcelsme

Projekts atdzīvojās atbilstošā veidā — uz salvetes aizmugurē, kamēr daži zinātnieki pārdomāja dzīves noslēpumus. Viņu diskusijā Hariss Levins, Džīns Robinsons, un Džons Kress nonākusi strupceļā. Viņu zinātniskie meklējumi atšķīrās — Levins pēta genoma evolūciju, Robinsons — sociālās uzvedības izcelsmi. kukaiņi un Kress par augu un putnu līdzevolūciju, taču viņi visi bija vienisprātis, ka viņiem ir nepieciešams daudz vairāk datu, lai uzlauztu konkrēti kodi.

"Bija burtiski simtiem jautājumu, kas mums bija jāuzdod, lai uzzinātu dzīves noslēpumus uz planētas," izdevumam Digital Trends sacīja Levins, Kalifornijas universitātes profesors Deivisā.

Kā genomiķi, liela daļa vajadzīgās informācijas bija iesaiņota DNS, tāpēc Levins dažus uzrakstīja salvetes aizmugures aprēķinus, lai redzētu, kas būtu nepieciešams, lai veiktu pilnu slaucīšanu, visu genomu sekvencēšanu augu un dzīvnieku dzīve. Viņš teica, ka tas šķita iespējams, tāpēc viņi sāka apsvērt sekas, ko rada tik plaša genoma dzīvības karte uz Zemes.

"Mēs sapratām, ka tas, kas mums būtu, būtu sava veida infrastruktūra jaunai bioloģijai," viņš teica, "zinātniskā struktūra, lai patiesi saprastu, kā uz planētas attīstījās dzīvība, un, protams, ko jūs no tā varētu iegūt zināšanas."

Vēlāk pētnieki izstrādāja laika grafiku un veica vēl dažus formālus aprēķinus, izveidojot 10 gadu plānu, kura aptuvenās izmaksas ir 4,7 miljardi ASV dolāru.

Iemesli

Zemes BioGenome projektu virza divi galvenie mērķi. Pirmkārt, šāds resurss nodrošinātu genomiķiem nepieredzētu piekļuvi dzīves instrukcijām. Ja jūs domājat par gēniem kā sastāvdaļām un organismu kā maltīti, genomi ir kā receptes evolūcijas pavārgrāmatā. Izlasot genomu, iespējams, jūs precīzi nenorādīsit, kāpēc organisms ir tāds, kāds tas ir, taču tas sniedz diezgan skaidru ietvaru, lai izpētītu, kā tas ir radies.

"Kā dzīve organizējās?" Levins saka, sākot uzskaitīt evolūcijas noslēpumus. “Kādas ir attiecības starp organismiem uz planētas? Tas nav skaidrs, kā tiek veikta tradicionālā taksonomija… Bet, salīdzinot DNS sekvences ar katru citi jūs varat saprast attiecības un ar laiku uzzināt lietas, piemēram, kur senči saplūda.”

Otrs projekta mērķis ir DNS kartēšana saglabāšanas un saglabāšanas nolūkos.

"Kad jūs zināt šo ģenētisko informāciju, varat izstrādāt programmas, kas ļaus dabas aizsardzības biologiem izstrādāt saglabāšanas un saglabāšanas plānus, pamatojoties uz šo informāciju," sacīja Levins. Tas var izklausīties vienkārši, taču tas prasīs pielāgotus plānus katrai attiecīgajai sugai.

Projekta pirmajā posmā pētnieki mēģinās secināt aptuveni 9300 sugu, sacīja Levins, vismaz vienu no katras eikariotu ģimenes. No Levina aplēsēm, ka viņiem būs nepieciešams finansēt pirmo posmu, 500 miljoni ASV dolāru, komanda ir piesaistījusi 100 miljonus ASV dolāru.

Viņi paplašinās savu tīklu vēlākos posmos, lai iekļautu 23 000 sugu, kuras ir uzskaitītas kā apdraudētas. Starptautiskā dabas aizsardzības savienība, un galu galā viņi cer sakārtot visus zināmos dzīvi.

To darīt pašiem nebūtu iespējams, tāpēc Levins un viņa kolēģi ir piesaistījuši palīdzību. Kolēģi pētnieki, institūcijas un pat veselas valstis ir izrādījušas interesi par ieguldījumu Zemes BioGenome projektā, uzņemoties daļu no darba slodzes un palīdzot segt rēķinu.

"Valstis visā pasaulē vēlas jēgpilni piedalīties," sacīja Levins, "ne tikai sniedzot paraugus projektam, bet arī... attīstot savu iekšējo kapacitāti un infrastruktūru, lai veiktu secību, interpretāciju un informātiku. Viņš norādīja uz Brazīlija, kas, pateicoties Amazones baseinam, pārstāv aptuveni desmit procentus no visas pasaules bioloģiskās daudzveidības, kā valsts, kas vēlas iesaistīties.

Izaicinājumi

Projektu papildina daži jautājumi, tostarp: Vai tas ir iespējams un vai tas ir tā vērts?

Ir atklāti aptuveni 1,5 miljoni sugu, bet eksperti uzskata, ka tie veido tikai desmit procentus no kopējā augu un dzīvnieku skaita. Līdz šim mēs esam sekvencējuši tikai aptuveni 15 000 sugu.

Taču sekvencēšanas tehnoloģija ir ievērojami attīstījusies kopš cilvēka genoma projekta, 3 miljardu dolāru vērtās iniciatīvas, kuras pabeigšanai bija nepieciešami 13 gadi. Pirms dažiem gadiem uzņēmumi lepojās, ka var sekvencēt visu cilvēka genomu par mazāk nekā 1000 USD. Pagājušajā gadā viņi apgalvoja, ka varētu to izdarīt par 100 USD. Tāpēc Levins neuztraucas par sekvencēšanu — viņš vispirms ir koncentrējies uz to, lai dabūtu rokās paraugus.

"Paraugu iegūšana ir visgrūtākā daļa," viņš teica. “Secības noteikšana nav visgrūtākā. Mums ir tehnoloģija, lai to izdarītu. Tā ir kuponu izsniegšana, vākšana, noteiktas sugas derīguma pārliecināšana [tas būs lielākais izaicinājums]. Daudzām sugām pasaulē ir tikai viena persona, kas var identificēt šo sugu. Pasaulē ir tik maz ekspertu, kas spēj veikt šādu darbu.

Ne visi uzskata, ka projekts ir cienīgs sugas glābšanas mērķis. Tādā vietā kā Brazīlijas Amazone, kas zaudē tūkstošiem kvadrātjūdžu lietus mežu gadā un kuras valdība šķiet neizlēmīga apņemšanās aizsargāt, sugu sekvencēšanas kampaņai var nebūt jēgas.

"Principālais jautājums par tādu vietu kā Amazone ir tas, ko mēs varam darīt, lai nākamo trīsdesmit vai četrdesmit gadu laikā tā nepiedūmotu." Stjuarts Pims, teica dabas aizsardzības ekologs un eksperts izzušanas pētījumos. "Ja tas izkūst, neatkarīgi no tā, vai mēs zinām genomus vai nē, tas mums neko noderīgu nedos."

Pimms atzina, ka viņš "nav sajūsmā par genomiem", taču sacīja: "Man šķiet, ka tas ir tālu no galvenajiem izaicinājumiem... Es nedomāju, ka tas ir ļoti noderīgs projekts, ņemot vērā bioloģiskās daudzveidības problēmas, kas saistītas ar Amazones aizsardzību un bioloģiskās daudzveidības aizsardzību apkārtnē. pasaule.”

Uz kādu galu

Atmetot sugu saglabāšanu malā, var nepaiet desmit gadi, līdz Zemes biogenoma projekts sāks atmaksāties citos veidos. Nesenā partnerībā projekts tika apvienots ar Zemes kodu banka, digitāla platforma, kas reģistrē un reģistrē bioloģiskos datus publiskā blokķēdē. Padarot valsts “bioloģiskos aktīvus”, tostarp ģenētisko kodu, atvērtu un aizsargātu no bioizpēte, partnerība cer palīdzēt novatoriem izstrādāt bioloģiski iedvesmotas zāles un tehnoloģijas, kas varētu noteikt mūsu nākotni. Dažas no organizācijas cēlajām idejām ietver skudru izmantošanu, lai ietekmētu pašbraucošās automašīnas, un indīgu varžu izmantošanu, lai izstrādātu pretmikrobu medikamentus.

“[Šīs partnerības] mērķis ir nodrošināt labumu sadali no jebkura izgudrojuma, inovācijas un jaunas tehnoloģijas, kas attīstās bioloģiskās daudzveidības secības rezultātā, ja bioloģiskā daudzveidība tiek iegūta no jebkuras konkrētas valsts,” Levins teica. "Jebkuras zināšanas, kas iegūtas no šī projekta vai radītajiem ieguvumiem, var tikt atgrieztas, vai arī daļu no šiem ieguvumiem var dalīties ar šīm valstīm."

Šāda partnerība varētu veicināt jaunu ekonomikas modeli tādās vietās kā Amazones baseins, kur bioekonomika varētu būt balstīta uz iedvesmu no bioloģiskiem organismiem, nevis uz dabas izmantošanu resursus.

Bet vispirms viņiem būs jāsāk secība. Vēl tikai daži miljoni sugu.

Redaktoru ieteikumi

• Zinātnieki vēlas aptvert Zemi sensoros. Viņu slepenais ierocis? Kodes