毛長マンモスを復活させよう

Hendrik Poinar: Bring back the woolly mammoth ...

When I was a young boy, I used to gaze through the microscope of my father at the insects in amber that he kept in the house. And they were remarkably well preserved, morphologically just phenomenal. And we used to imagine that someday, they would actually come to life and they would crawl out of the resin, and, if they could, they would fly away.

If you had asked me 10 years ago whether or not we would ever be able to sequence the genome of extinct animals, I would have told you, it's unlikely. If you had asked whether or not we would actually be able to revive an extinct species, I would have said, pipe dream. But I'm actually standing here today, amazingly, to tell you that not only is the sequencing of extinct genomes a possibility, actually a modern-day reality, but the revival of an extinct species is actually within reach, maybe not from the insects in amber -- in fact, this mosquito was actually used for the inspiration for "Jurassic Park" — but from woolly mammoths, the well preserved remains of woolly mammoths in the permafrost.

Woollies are a particularly interesting, quintessential image of the Ice Age. They were large. They were hairy. They had large tusks, and we seem to have a very deep connection with them, like we do with elephants. Maybe it's because elephants share many things in common with us. They bury their dead. They educate the next of kin. They have social knits that are very close. Or maybe it's actually because we're bound by deep time, because elephants, like us, share their origins in Africa some seven million years ago, and as habitats changed and environments changed, we actually, like the elephants, migrated out into Europe and Asia.

So the first large mammoth that appears on the scene is meridionalis, which was standing four meters tall weighing about 10 tons, and was a woodland-adapted species and spread from Western Europe clear across Central Asia, across the Bering land bridge and into parts of North America. And then, again, as climate changed as it always does, and new habitats opened up, we had the arrival of a steppe-adapted species called trogontherii in Central Asia pushing meridionalis out into Western Europe. And the open grassland savannas of North America opened up, leading to the Columbian mammoth, a large, hairless species in North America. And it was really only about 500,000 years later that we had the arrival of the woolly, the one that we all know and love so much, spreading from an East Beringian point of origin across Central Asia, again pushing the trogontherii out through Central Europe, and over hundreds of thousands of years migrating back and forth across the Bering land bridge during times of glacial peaks and coming into direct contact with the Columbian relatives living in the south, and there they survive over hundreds of thousands of years during traumatic climatic shifts. So there's a highly plastic animal dealing with great transitions in temperature and environment, and doing very, very well. And there they survive on the mainland until about 10,000 years ago, and actually, surprisingly, on the small islands off of Siberia and Alaska until about 3,000 years ago. So Egyptians are building pyramids and woollies are still living on islands.

And then they disappear. Like 99 percent of all the animals that have once lived, they go extinct, likely due to a warming climate and fast-encroaching dense forests that are migrating north, and also, as the late, great Paul Martin once put it, probably Pleistocene overkill, so the large game hunters that took them down.

Fortunately, we find millions of their remains strewn across the permafrost buried deep in Siberia and Alaska, and we can actually go up there and actually take them out. And the preservation is, again, like those insects in [amber], phenomenal. So you have teeth, bones with blood which look like blood, you have hair, and you have intact carcasses or heads which still have brains in them.

So the preservation and the survival of DNA depends on many factors, and I have to admit, most of which we still don't quite understand, but depending upon when an organism dies and how quickly he's buried, the depth of that burial, the constancy of the temperature of that burial environment, will ultimately dictate how long DNA will survive over geologically meaningful time frames. And it's probably surprising to many of you sitting in this room that it's not the time that matters, it's not the length of preservation, it's the consistency of the temperature of that preservation that matters most.

So if we were to go deep now within the bones and the teeth that actually survived the fossilization process, the DNA which was once intact, tightly wrapped around histone proteins, is now under attack by the bacteria that lived symbiotically with the mammoth for years during its lifetime. So those bacteria, along with the environmental bacteria, free water and oxygen, actually break apart the DNA into smaller and smaller and smaller DNA fragments, until all you have are fragments that range from 10 base pairs to, in the best case scenarios, a few hundred base pairs in length. So most fossils out there in the fossil record are actually completely devoid of all organic signatures. But a few of them actually have DNA fragments that survive for thousands, even a few millions of years in time. And using state-of-the-art clean room technology, we've devised ways that we can actually pull these DNAs away from all the rest of the gunk in there, and it's not surprising to any of you sitting in the room that if I take a mammoth bone or a tooth and I extract its DNA that I'll get mammoth DNA, but I'll also get all the bacteria that once lived with the mammoth, and, more complicated, I'll get all the DNA that survived in that environment with it, so the bacteria, the fungi, and so on and so forth. Not surprising then again that a mammoth preserved in the permafrost will have something on the order of 50 percent of its DNA being mammoth, whereas something like the Columbian mammoth, living in a temperature and buried in a temperate environment over its laying-in will only have 3 to 10 percent endogenous.

But we've come up with very clever ways that we can actually discriminate, capture and discriminate, the mammoth from the non-mammoth DNA, and with the advances in high-throughput sequencing, we can actually pull out and bioinformatically re-jig all these small mammoth fragments and place them onto a backbone of an Asian or African elephant chromosome. And so by doing that, we can actually get all the little points that discriminate between a mammoth and an Asian elephant, and what do we know, then, about a mammoth?

Well, the mammoth genome is almost at full completion, and we know that it's actually really big. It's mammoth. So a hominid genome is about three billion base pairs, but an elephant and mammoth genome is about two billion base pairs larger, and most of that is composed of small, repetitive DNAs that make it very difficult to actually re-jig the entire structure of the genome.

So having this information allows us to answer one of the interesting relationship questions between mammoths and their living relatives, the African and the Asian elephant, all of which shared an ancestor seven million years ago, but the genome of the mammoth shows it to share a most recent common ancestor with Asian elephants about six million years ago, so slightly closer to the Asian elephant.

With advances in ancient DNA technology, we can actually now start to begin to sequence the genomes of those other extinct mammoth forms that I mentioned, and I just wanted to talk about two of them, the woolly and the Columbian mammoth, both of which were living very close to each other during glacial peaks, so when the glaciers were massive in North America, the woollies were pushed into these subglacial ecotones, and came into contact with the relatives living to the south, and there they shared refugia, and a little bit more than the refugia, it turns out. It looks like they were interbreeding. And that this is not an uncommon feature in Proboscideans, because it turns out that large savanna male elephants will outcompete the smaller forest elephants for their females. So large, hairless Columbians outcompeting the smaller male woollies. It reminds me a bit of high school, unfortunately.

(Laughter)

So this is not trivial, given the idea that we want to revive extinct species, because it turns out that an African and an Asian elephant can actually interbreed and have live young, and this has actually occurred by accident in a zoo in Chester, U.K., in 1978. So that means that we can actually take Asian elephant chromosomes, modify them into all those positions we've actually now been able to discriminate with the mammoth genome, we can put that into an enucleated cell, differentiate that into a stem cell, subsequently differentiate that maybe into a sperm, artificially inseminate an Asian elephant egg, and over a long and arduous procedure, actually bring back something that looks like this. Now, this wouldn't be an exact replica, because the short DNA fragments that I told you about will prevent us from building the exact structure, but it would make something that looked and felt very much like a woolly mammoth did.

Now, when I bring up this with my friends, we often talk about, well, where would you put it? Where are you going to house a mammoth? There's no climates or habitats suitable. Well, that's not actually the case. It turns out that there are swaths of habitat in the north of Siberia and Yukon that actually could house a mammoth. Remember, this was a highly plastic animal that lived over tremendous climate variation. So this landscape would be easily able to house it, and I have to admit that there [is] a part of the child in me, the boy in me, that would love to see these majestic creatures walk across the permafrost of the north once again, but I do have to admit that part of the adult in me sometimes wonders whether or not we should.

Thank you very much.

(Applause)

Ryan Phelan: Don't go away. You've left us with a question. I'm sure everyone is asking this. When you say, "Should we?" it feels like you're reticent there, and yet you've given us a vision of it being so possible. What's your reticence?

Hendrik Poinar: I don't think it's reticence. I think it's just that we have to think very deeply about the implications, ramifications of our actions, and so as long as we have good, deep discussion like we're having now, I think we can come to a very good solution as to why to do it. But I just want to make sure that we spend time thinking about why we're doing it first.

RP: Perfect. Perfect answer. Thank you very much, Hendrik.

HP: Thank you. (Applause)

amber

morphologically

phenomenal

resin

sequence

pipe dream

quintessential

kin

social knit

bound

meridional

plastic

transition

encroach

strew

intact

dictate

consistency

symbiotically

devoid

gunk

extract

fungus(fungi)

endogenous

throughput

re-jig

hominid

repetitive

ecotone

refugia

interbreed

outcompete

modify

enucleate

differentiate

subsequently

sperm

artificially

inseminate

arduous

swath

majestic

reticent

implication

ramification

幼いころ 父の顕微鏡をのぞき込み 琥珀に閉じ込められた 昆虫を観察しました 昆虫は驚くほど よく保存され 形態的には完璧でした 父と私は いつの日か 昆虫たちが よみがえり 琥珀の中から 這い出てきて 飛び立っていく姿を 想像しました 絶滅した動物の ゲノム配列について 解読できるかと 10年前に問われたなら おそらく 「無理だ」 と答えたでしょう 絶滅した動物を よみがえらせることが できるかという問いには 「夢物語さ」 と答えたでしょう しかし今日ここで 意外にも お伝えしたいのは 絶滅種のDNA配列の 再現が「可能性」ではなく 現実のものとなったこと それに加えて 絶滅種の復活にも 手が届くようになったことです 琥珀の中の 昆虫からではなく ― そういえば 蚊は 『ジュラシック・パーク』の ヒントになりましたね 永久凍土の中で 良好な状況で保存された 毛長マンモスを復活させるのです 毛長マンモスは氷河期を代表する 実に興味深い存在です 巨大で 毛むくじゃらで 大きな牙を持っています 私たちは象と同様の親近感を 毛長マンモスに持っているようです その理由は 象と私たちには 共通点が多いせいでしょう 死者を葬り 子供を教育します 強い社会性を持っています 親近感は太古からの ものかもしれません というのは 象は私たちと同様に 約700万年前に アフリカに生まれました 生息地や環境の変化によって 私たちも象と同様に ヨーロッパからアジアへと 移住しました 初期の大きなマンモスは メリディオナリスマンモスで肩高は ４メートルもありました 体重は10トン 森林地帯に適応した種で 西ヨーロッパから 中央アジアに広がり さらに当時の ベーリング地峡を渡り 北米に至りました すると また気候変動が起こり 新たな生息地ができて 中央アジアに トロゴンテリマンモスという 草原帯に適応した 種が生まれ メリディオナリスマンモスを 西ヨーロッパに追いやりました ついで北アメリカに 開けたサバンナ地帯ができ 北アメリカ固有の 巨大な短毛種である コロンビアマンモスが 生まれたのです その約50万年後に 長毛種のマンモスが 誕生しました 私たちに とても馴染み深い種ですね 東ベーリング地方から 生息地を広げ 中央アジアを抜け トロゴンテリマンモスを 中央ヨーロッパから 追い払って 数十万年余り ベーリング地峡との 間を往復していました 氷河期の最寒期です やがて南に生息していた コロンビアマンモスと 直接 接触し この２種が過酷な 気候変動のもと 数十万年も生き抜きました マンモスは気温と環境の 激しい変化に耐えて 見事に生き抜く 適応力に 優れた動物です そして大陸では１万年ほど 前まで生きました 驚くべきことにシベリアと アラスカ沖の 小さな島々では３千年ほど 前まで生きていたのです エジプトでピラミッドが 建設されていたころ これらの島々ではまだ マンモスが生き残っていました そして彼らは滅びました かつて生きていた動物の 99%のように マンモスも絶滅しました 原因は温暖化と 森林地帯の急激な 北上と考えられます かの偉大なポール・マーティンが 提唱したように 更新世時代に 大型動物を狩猟した人類に 過剰に殺戮された せいかもしれません 幸運なことに 現在 数百万の死骸が シベリアやアラスカの 永久凍土深く 至るところに見つかるので 現地に出かけて 発掘することができます 保存状態は 琥珀の中の昆虫同様 驚異的です 歯 血のついた骨 血は その色までも残しています 体毛 さらには無傷の体や 脳が入ったままの 頭部も発見されています DNAの保存状況と 残存状態は 多くの要因に依存します 要因の詳細は まだよく分かっていませんが 生物がいつ死んだか すぐに土に埋もれたか どのくらい深く埋もれたか 埋もれた環境の 温度が一定かどうか それらの要因が 地質学的な時間枠の中で DNAの寿命に影響します 皆さんは驚かれるでしょうが 重要なのは時間では ありません 保存されていた期間でも ありません 保存中の温度の安定が 最も重要なのです 化石化を免れた 骨や歯の奥のDNAは かつては無傷で ヒストンタンパク質に しっかりと巻きついていましたが マンモスが生きていた頃に 共棲していた バクテリアに 攻撃されています これらのバクテリアは 環境中のバクテリアと共に 水と酸素を奪い DNAを より小さなDNAの破片へと 分解しているのです やがて手に入る破片は 10個の塩基対か 最大でも 数百塩基対までです 記録されている 化石の大部分は 有機物の痕跡を とどめていません わずかな化石だけが DNAの断片を 数千年 数百万年の 時を隔てて とどめています 最先端の クリーンルーム技術を使って DNAの断片を 汚れた組織の中から 取り出す方法を 編み出しました こんな具合ですから マンモスの骨や歯から DNAを抽出するときには その時代に共棲していた バクテリアのDNAも混ざっている と言っても 皆さんは 驚かれないでしょう さらに事態を複雑にするのは 一緒に生き残った バクテリアや菌類などの 不要なDNAを すべて抽出してしまうことです また永久凍土に保存された マンモスならば そのDNAの約50%は マンモスのものですが より温暖な気候に生息し 温暖な環境に保存された コロンビアマンモスの場合には DNAの わずか３%から 10%だけが マンモス由来のものです ですが 私たちはマンモスと その他のDNAを 識別し 取り出すという 巧妙な方法を開発しました さらに解読装置の進歩により 生物情報工学の方法を用いて マンモスDNAの小さな破片を 再編して アジアゾウやアフリカゾウの 染色体の構造に 重ねることが できるようになりました この方法で マンモスとアジアゾウを 区別する点をすべて 把握することができました ではマンモスについて 何がわかったのでしょうか？ マンモスのゲノムは ほぼすべて解読されました それは実際にマンモス級です ヒト科のゲノムは 約30億塩基対ですが 象やマンモスのゲノムは さらに20億の 塩基対ぶん大きく その多くが小さな反復配列 DNAで構成されていて これがゲノム全体の 再構築を難しくしています この情報を得たことで マンモスと 現存する アジアゾウと アフリカゾウの 縁戚関係に関する 興味深い疑問に 答えることができました ３種は約700万年前に 共通の祖先を持っていました さらに約600万年前までは アジアゾウと 祖先を共通していたことが マンモスのゲノムから 判明したのです マンモスはアジアゾウと より近縁です 古代のDNAの 解析技術の進歩により 他のマンモスたちの ゲノムの配列も わかってきました そのうちの２つについて お話しします 毛長マンモスと コロンビアマンモスです この２種は氷河期の 最寒期に ごく近接して 生息していました 北米大陸が厚い氷河に 覆われていたころ 毛長マンモスは 氷河のない南方に避難し コロンビアマンモスと 出会ったのです この退避地で共生するうちに そこは単なる退避地と いうだけではなく 異種交雑の場となりました これは長鼻類にとっては 珍しいことではありません 大きなアフリカゾウの 雄が 競争に勝ち マルミミゾウの雌と交尾する ことが知られています 大きな短毛種の コロンビアマンモスが 小さな毛長マンモスの雄に 勝つこともあったでしょう 悔しいですが 高校時代を 思い出しますね （笑） 絶滅種の復活を 目指すときに この事実は看過できません というのは アフリカゾウとアジアゾウは 交雑し子供を作る ことができます 1978年に 英国チェスターの動物園で 実例があります ということは アジアゾウの 染色体を取り出して マンモスのゲノムと 異なる部分を すべてマンモスの ゲノムと入れ替えて 除核した細胞に挿入し 幹細胞へと分化させ それをさらに 精子へと分化させ アジアゾウの卵子に 人工授精を施せば 長く困難な過程を経て マンモスに似た動物を 蘇らせることが可能になります もっとも 完全な複製にはなりません 先ほど お話ししたように DNAの断片が短いために 正確なDNAが再構築 できていないからです ですが 見た目も雰囲気も 毛長マンモス同然です 友人と この話をすると そのような動物を一体 どこで飼えばいいのか？ マンモスの居場所はどこにするか？ 彼らに適した気候や生息地は ないよと言われます そんなことはありません シベリア北部と ユーコン準州の一帯が マンモスの生息に 適しています マンモスは幅広い 気候帯に生息した 適応力に優れた動物だった ことを思い出してください この土地であればマンモスは 問題なく生きるでしょう 正直なところ 私の中の 少年の心は この堂々とした動物が もう一度 北の永久凍土の 大地を歩く姿を見ることを 切望しています でも一方で 私の中の大人の自分が そうするべきかどうか 迷ってもいます ありがとうございました （拍手） ライアン・フェラン: まだ退場しないでください 私たちに問いかけましたね 皆さん自問していますよ 「復活させるべきか否か？」 あなたは十分な 可能性を示唆しながら ご自身の答えを 控えられましたね なぜですか？ 控えたのではなく 私たちの行動の意味や 結果について 深く考えたいからです 今のような 深く意義ある議論を 持つことができれば より良い答えが得られると 言いたかったのです そもそも そのような行為が 必要かどうか 共に考える時間を 持ちたかったのです とても良い回答ですね ありがとうヘンドリック どうもありがとう （拍手）