Toen de rondtrekkende duif Martha in 1914 stierf in de dierentuin van Cincinnati, begon het einde van een prachtig tijdperk. Ooit de dominante soort in het oosten van Noord-Amerika, leefden rondtrekkende duiven tienduizenden jaren in de bossen in enorme groepen van wel enkele miljarden individuen voordat ze uitstierven. Het enorme aantal van deze vogels, gecombineerd met hun op boomzaden gebaseerde voeding, maakte hen tot een van de belangrijkste milieu-ingenieurs van die tijd en vormde de habitatdynamiek waarop deze bossen vertrouwden. Deze ecosystemen verliezen nu hun biodiversiteit, zegt Ben Novak, hoofdonderzoeker bij Revive & Restore.
"Toen deze vogel in 1914 uitstierf, werd de macht van de industriële mensheid om zelfs de meest overvloedige natuurlijke hulpbronnen te vernietigen, grimmig wakker", zegt hij. Daarom is Novak, in samenwerking met het California Institute, bezig met het creëren van Revive & Restore, een programma gericht op het herstellen en terugwinnen van deze soorten en het opnieuw bevolken van hun natuurlijke habitat, met behulp van gewone duiven en de kracht van CRISPR.
Kan een overleden soort weer tot leven worden gewekt?
Novak maakt deel uit van een kleine groep van de-extinctie-ingenieurs, een relatief grote groep wetenschappers die hoopt genetische manipulatie te gebruiken om iconische diersoorten die door menselijke activiteit zijn vernietigd te beschermen of nieuw leven in te blazen.
Voor sommigen is de-extinctie (of de-extinxtion) een reis van verlossing op ecologische schaal. Ja, biodiversiteit is belangrijk, maar wie kan zeggen dat een uitgestorven soort zich kan aanpassen en overleven in een ecologisch systeem dat voortdurend verandert en dat is veranderd sinds zijn dood? Of, nog belangrijker, wat als herrezen dieren - in wezen "buitenaardse wezens" op aarde - meer kwaad dan goed doen aan ons kwetsbare ecosysteem?
"Waarom hebben we deze moeite nodig", vraagt het team van Novak. In het geval van zwervende duiven is het antwoord simpel: onlangs, bijna een millennium na de verdwijning van de mens, begrepen we eindelijk de cruciale rol die ze speelden bij het vormgeven van de oostelijke Noord-Amerikaanse ecosfeer.
Op dit moment hebben wetenschappers ontdekt dat zwervende duiven meer dan 12 miljoen jaar geleden verschenen en uitzonderlijk aangepast waren voor het leven in dichte koppels. De nieuwe bevindingen, gecombineerd met bosecologiestudies, laten duidelijk zien dat deze vogels belangrijke ingenieurs waren van de bosdynamiek.
Promotie video:
Deze centrale rol suggereert dat rondtrekkende duiven veel belangrijker zijn voor het ecosysteem dan simpelweg proberen te slagen om uitgestorven soorten weer tot leven te brengen. "De terugkeer van de zwervende duif zal de regeneratieve cycli van bosdynamiek herstellen die tientallen soorten nodig hebben die momenteel krimpen en worstelen om te overleven", zegt Novak.
De-extinctie: concepten
Het proces is in twee stappen: ten eerste moet de uitgestorven soort uit de dood worden opgewekt. Ten tweede moet de herintroductie van de soort in het milieu zorgvuldig worden geëvalueerd.
We hebben al vergelijkbare voorbeelden voor de tweede stap, legt Novak uit. Het opnieuw introduceren van soorten in gebieden waar ze zijn uitgeroeid, is een wetenschap voor de lange termijn en wetenschappers hebben al enig succes gezien: wolven in Yellowstone, elanden in Kentucky, bevers in Schotland. Het uiteindelijke doel is om de risico's van het doen of niet doen af te wegen: wat gebeurt er met het ecosysteem als we stoppen met ingrijpen.
In het geval van de zwervende duif is de herintroductie ervan waarschijnlijk neutraal - dat wil zeggen, het zal gewoon een andere vogel in het bos worden zonder meetbare impact - of positief voor het voortbestaan van andere soorten.
In ieder geval zijn de kansen in het voordeel van Novak.
De eerste vereiste - om de doden weer tot leven te wekken - is een heel nieuwe wetenschap. Maar dankzij een kleine tool genaamd CRISPR kan de-extinctie plaatsvinden.
Hier is de vangst: in tegenstelling tot Jurassic Park, proberen wetenschappers een dier niet alleen op basis van zijn DNA te animeren.
Het team hanteert een 'vind-en-vervang'-aanpak: begin met een gewone duif die rond de vuilnisbakken van de stad rent, en neem genen op die typisch zijn voor zwervende duiven. We gebruiken de naaste familieleden - duiven met een gestreepte staart. Door selectief genen uit het dier te verwijderen, hoopt het team de nieuw aangezet genen in de nakomelingen te concentreren en zo "levende surrogaten" voort te stuwen naar passagiersduiven op genetisch niveau.
Met voldoende generaties kunnen we nieuwsgierige kunstmatige soorten krijgen met DNA dat niet te onderscheiden is van uitgestorven dieren. Maar of een hybride dier een zwervende duif wordt, is een filosofische vraag.
Dit is de strategie die wordt gevolgd door de meeste groepen die proberen dieren weer tot leven te wekken. Maar het team van Novak had een antwoord.
In vergelijking met bijvoorbeeld dodo "is er bruikbaar DNA omdat er meer opgezette duiven in musea en opgezette collecties zijn dan welke andere vogel dan ook", zegt Novak. Voeg daarbij het feit dat we toegang hebben tot gestreepte duiven en een begrip van hun voortplantingspatronen, en je begrijpt dat "de wetenschap van de wederopstanding alle prikkels en doorzettingsvermogen zou kunnen krijgen".
De-extinctie in de praktijk
Sinds 2012 heeft het Novak-team aantoonbaar meer succes geboekt dan enig ander de-extinctieproject.
Eerst ontdekte het team in een reeks werken en samenwerkingen geleidelijk de belangrijke impact die de reizende duiven hadden op hun ecosystemen en beantwoordde het de lang bestaande vraag hoe hun aantal zo snel afnam van miljarden naar nul. Vogels zijn geëvolueerd om zich aan te passen aan het leven in grote populaties. Hoewel ze waarschijnlijk zouden kunnen herstellen van een lage genetische diversiteit, heeft de menselijke jacht de laatste spijker in hun kist geslagen.
Samen helpen deze onderzoeken om de duif weer thuis te brengen. Novak legde uit dat we op basis van deze resultaten eerst de gestreepte duiven moeten voorzien van de nodige mutaties die ervoor zorgen dat ze zich op dezelfde manier voortplanten als rondtrekkende duiven, en dat ze in dichte gemeenschappen kunnen leven. We moeten de vogels dan de aanpassingen geven die ze nodig hebben om effectief te leven in omgevingen met een hoge sociale dichtheid, zoals eigenschappen waardoor ze gevoeliger worden voor sociale signalen, of de snelle rijping van nakomelingen, zodat ze minder tijd besteden aan het grootbrengen van grote aantallen kinderen.
De komst van CRISPR veranderde alles. Voor het eerst hebben Novak en zijn team toegang tot een relatief eenvoudige en goedkope tool voor het bewerken van genen waarmee ze kunnen werken met het DNA van een gewone duif.
Tot nu toe hebben ze verschillende benaderingen gevolgd om de tool effectiever te maken. De beste manier is om het duivensperma of -ei direct te bewerken, omdat deze veranderingen worden doorgegeven aan de volgende generatie. Wat is het probleem? Wetenschappers hebben deze cellen nog niet in een reageerbuis kunnen laten groeien.
Het volgende belangrijke punt is de introductie van de tool voor het bewerken van DNA - met de nodige tools - in het embryo. Maar ook hier liepen wetenschappers tegen problemen aan: ze waren afhankelijk van virussen om de CRISPR-toolkit te leveren. Hierdoor is de verpakking te groot geworden om er veilig in te kunnen steken.
Om deze hindernissen te omzeilen, concentreerde het team van Novak zich op het creëren van een geheel nieuwe lijn duiven, elk met genetisch materiaal om het gemakkelijker te maken om DNA te bewerken.
CRISPR-Cas9 is een proces in twee stappen, legt Novak uit. Een deel van CRISPR is verborgen in het doel-DNA, terwijl Cas9 de cut doet. Vogels die met Cas9 in elke cel zijn gefokt, hebben in wezen een functioneel hulpmiddel voor het bewerken van genen in hun lichaam, waardoor de levering van andere essentiële componenten veel gemakkelijker wordt.
"In de komende drie jaar zal de wereld wellicht de eerste genetische eigenschappen van zwervende duiven zien herboren in levende, ademende vogels", zegt Novak.
Als alles volgens plan verloopt, zullen we de komende twintig jaar getuige zijn van een heropleving van uitgestorven soorten. Dodovogels en wolharige mammoeten zullen ook weer tot leven komen. Vroeg of laat zal uitsterven tot het verleden behoren - in positieve of negatieve zin.
Ilya Khel
