Harvard-geneticus George Church is medeoprichter van een nieuw bedrijf met een ambitieus doel: het creëren van een olifant die sterk lijkt op de uitgestorven wolharige mammoet. Het bedrijf met de naam Colossal wil het DNA van wolharige mammoets kruisen met dat van de Aziatische olifant en zo een hybride soort creëren die in het klimaat van het Noordpoolgebied kan gedijen.
Met behulp van deze kruisingen wil Colossal op lange termijn grote delen van de met mos bedekte toendra van tegenwoordig weer terugbrengen in zijn oorspronkelijke staat: de grassteppe uit het Pleistoceen, een periode waarin zich talrijke ijstijden voordeden, dat 11.700 jaar geleden ten einde liep. Sommige wetenschappers menen dat het op grote schaal herstellen van de Arctische vegetatie kan bijdragen aan het afremmen van de klimaatverandering, omdat daardoor de ontdooiing van de permafrost in het Noordpoolgebied vertraagd zal worden. In de loop van het project hoopt Colossal ook nieuwe – en winstgevende – biotechnologieën te ontwikkelen, waaronder methoden die de gebruikelijke benaderingen van natuurbehoud kunnen aanvullen.
“We draaien de uitsterving van genen terug, niet die van soorten,” zegt Church. “Het doel is om een olifant te creëren die echt tegen de kou kan en zonder problemen kan paren met de bedreigde Aziatische olifant.”
Het idee om biotechnologie te gebruiken om bedreigde soorten te redden of zelfs uitgestorven soorten weer tot leven te wekken, is niet nieuw. In 2009 slaagden onderzoekers erin om een ondersoort van de steenbok die in 2000 was uitgestorven weer tot leven te wekken, hoewel de gecreëerde kloon maar een paar minuten bleef leven. In april maakten de San Diego Zoo en de Californische ngo Revive & Restore bekend dat ze de met uitsterving bedreigde zwartvoetbunzing hadden gekloond, met het doel om bestaande fokprogramma’s van meer genetische diversiteit te voorzien.
En al jaren halen de plannen van Church om de mammoet met behulp van gesequentieerd DNA uit de dood te doen ‘herrijzen’, geregeld de krantenkoppen.
“De meeste wetenschappelijke problemen zijn nu opgelost; het enige wat eraan ontbrak, was financiering en doelgerichtheid,” zegt Ben Lamm, medeoprichter van Colossal en investeerder in talloze ondernemingen, waarvan de laatste – Hypergiant – een bedrijf op het gebied van kunstmatige intelligentie is. “Het is wel spannend dat we na twee jaar werken aan dit project de mensen nu kunnen vertellen wat we precies doen.”
Maar verwacht niet dat er binnenkort pseudo-mammoets op aarde zullen rondlopen. De plannen van Colossal berusten op meerdere technologieën die nog niet zijn uitgetest bij olifanten. Zelfs op basis van het meest ambitieuze tijdschema van het bedrijf denkt Church dat het eerste gekruiste kalfje van Colossal nog zes jaar op zich zal laten wachten. En voordat er een zichzelf in stand houdende kudde zou zijn ontstaan, zouden er tientallen jaren kunnen zijn verstreken.
Lees ook: ’s Werelds oudste DNA uit oeroude mammoetkies geïsoleerd
Maar zelfs in dit vroege stadium roept de missie van Colossal belangrijke vragen op over de betekenis van uitsterving en over de rol die de biotechnologie kan en zou moeten spelen in de uitstervingscrisis van onze tijd. Volgens Tori Herridge, mammoetbiologe van het Natural History Museum in Londen, is dat debat sinds de oprichting van Colossal niet langer louter abstract. “Mijn eerste reactie was: shit, dit is menens,” zegt zij.
Welkom in Pleistocene Park
Church’ droom om een hybride mammoet te creëren kwam dichterbij nadat hij in 2008 in een interview met The New York Times sprak over pogingen om het genoom van de wolharige mammoet te sequentiëren.
Aanvankelijk was het idee eigenlijk niet meer dan een spectaculaire intellectuele puzzel, maar in de jaren erna begon Church samen te werken met Stewart Brand en Ryan Phelan, oprichters van de Californische ngo Revive & Restore. Brand en Phelan willen biotechnologie gebruiken om met uitsterving bedreigde soorten een genetische opkikker te geven en uitgestorven soorten weer tot leven te wekken. (Lees meer over de wetenschap (en de ethische kwesties) achter het herscheppen van een uitgestorven wezen.)
“We noemen het ‘de-extinctie’. Het idee van zo’n genetische reddingsactie is een verhaal van hoop en van het herstellen van de schade die de mens in de loop der eeuwen heeft aangericht,” zegt Phelan. “Het is geen nostalgie; het gaat echt om het vergroten van de biodiversiteit.”
Lees ook: Uitgestorven, en nog steeds ‘bedreigd’?
Brand en Phelan nodigden Church uit om deel te nemen aan de allereerste congressen over ‘de-extinctie’, die in 2012 en 2013 in de hoofdzetel van de National Geographic Society in Washington DC werden gehouden. (National Geographic Partners heeft dit artikel geproduceerd en is een joint venture van The Walt Disney Company en de National Geographic Society.)
Op deze bijeenkomsten maakte Church kennis met Sergej Zimov, een Russische ecoloog en directeur van het Noordoostelijk Wetenschapsstation in Tsjerski, in de autonome deelrepubliek Jakoetië. Zimov bestudeert de Siberische permafrost al sinds de jaren tachtig en heeft de alarmklok geluid over de enorme hoeveelheden methaan en CO2 die in de atmosfeer zullen vrijkomen nu deze permanent bevroren ondergrond aan het ontdooien is. (Lees meer over de dreigende ontdooiing van de Arctische permafrost als gevolg van de klimaatverandering.)
Daarnaast heeft Zimov een idee waarmee we deze broeikasgassen in de bodem kunnen houden. Sinds 1996 werken Zimov en zijn zoon Nikita aan de ontwikkeling van een Pleistocene Park, een omheind stuk toendra in de buurt van Tsjerski. De Zimovs hebben er wapiti’s, bizons, rendieren, kamelen en andere grote planteneters geïntroduceerd om uit te zoeken welke invloed deze dieren op de vegetatie hebben.
Tienduizenden jaren geleden, gedurende het Pleistoceen, waren grote delen van Europa, Azië en Noord-Amerika bedekt met zeer voedingsrijke grassteppen die door dichte kuddes planteneters werden begraasd. Rond 10.000 jaar geleden waren veel van deze soorten – waaronder ook de mammoet – bijna overal in de wereld uitgestorven, waarschijnlijk mede door toedoen van menselijke jagers. Terwijl deze soorten langzaam uit het landschap verdwenen, maakte het grasland dat ze door hun begrazing kort hadden gehouden, geleidelijk plaats voor struikgewas, bomen, heide en mos, waardoor de toendra en taiga ontstonden die we tegenwoordig kennen.
De Zimovs vermoeden dat de mammoets van wezenlijk belang waren voor de instandhouding van de zeer voedingsrijke Arctische grassteppes. De reusachtige dieren trokken bomen omver, woelden de bodem om en bemestten die met hun uitwerpselen, waardoor de grassen in deze zone volop gedijden. Met hun enorme poten doorbraken ze ook de sneeuw- en ijsbedekking op de grond, waardoor de Arctische kou dieper in de ondergrond doordrong en de permafrost in stand bleef.
“Je moet het ecosysteem een beetje zien als een lichaam,” zegt Nikita Zimov. “De mammoet is dan de rechtervuist.”
Hoewel het Pleistocene Park die rechtervuist nog mist, zijn de wél aanwezige planteneters mogelijk al bezig met het veranderen van de bodem en de vegetatie. Uit een onderzoek dat de Zimovs vorig jaar publiceerden, blijkt dat de ingeklonken bodem binnen het Pleistocene Park ’s winters meer dan vijf graden Celsius kouder kan worden dan de grond buiten het park.
Gezien de uitwerking die moderne olifanten op het landschap hebben, is de visie van de Zimovs om de oersteppes van het Noordpoolgebied weer tot leven te wekken, een “spannende hypothese,” zegt Jacquelyn Gill, paleo-ecologe aan de University of Maine. Maar ze wijst er wel op dat onderzoekers nog steeds niet precies weten hoe het ecosysteem van de wolharige mammoet functioneerde, wat het lastig maakt om dit landschap in onze tijd te herscheppen.
“Als je dat onderzoek gebruikt als rechtvaardiging voor een dergelijk project – dat diepgravende ecologische, sociale, ethische en bio-ethische vragen oproept – dan ben je eigenlijk bezig het paard achter de wagen te spannen,” zegt zij.
Kosten noch moeite
Toch was het project van de Zimovs voor Church en de milieubeschermers van Revive & Restore een aansporing om in alle ernst te beginnen met hun onderzoek naar mammoet-DNA en stamcellen van olifanten.
Tot nu toe wordt het onderzoek naar mammoets en olifanten in Church’ laboratorium in deeltijd en door vrijwilligers verricht, terwijl het personeelsbestand van zijn bedrijf een groot verloop kent. Het gevolg is dat hij nog geen enkel wetenschappelijk onderzoek over zijn werk heeft gepubliceerd, tot verontrusting van experts van buiten. Volgens Church is zijn lab momenteel druk bezig met het indienen van twee artikelen voor publicatie in de komende maanden.
Church heeft voor zijn olifantenonderzoek de beschikking over een zeer mager budget – zo’n 10.000 dollar per jaar, dankzij een donatie van 100.000 dollar van de investeerder Peter Thiel en de steun van Revive & Restore.
Lees ook: Waarom krijgen olifanten zelden kanker?
Daarentegen heeft Colossal een budget van vijftien miljoen dollar, dat is opgebracht door een groep kapitaalschieters, onder wie meerdere durfinvesteerders uit Silicon Valley en de bekende zelfhulpgoeroe Tony Robbins. Dankzij de financiering van Colossal zal het lab van Church het onderzoek naar olifantencellen kunnen voortzetten, terwijl ook in het eigen lab van het bedrijf onderzoek zal worden gedaan, onder leiding van Eriona Hysolli, ex-studente uit het lab van Church en nu hoofd biowetenschappen van Colossal.
Volgens Beth Shapiro, paleogenetica aan de University of California in Santa Cruz, kan het financieringsmodel van Colossal een baanbrekende verandering betekenen voor genetici die onderzoek doen naar het behoud van soorten. “Het is een geheel nieuwe – en potentieel enorme – geldbron die hier wordt geïnvesteerd in zaken die ons aan het hart gaan,” zegt zij.
Om de missie van het bedrijf in goede banen te leiden heeft Colossal meerdere wetenschappelijke adviseurs in de arm genomen, onder wie twee experts op het gebied van olifanten of mammoets: Michael Hofreiter, een geneticus die aan de Universität Potsdam onderzoek doet naar mammoets en andere dieren uit het Pleistoceen, en de zoöloog Fritz Vollrath van de University of Oxford, die het gedrag van spinnen en moderne olifanten bestudeert.
Tot de adviseurs van Colossal behoren ook twee vooraanstaande bio-ethici en experts in gentechnologie: R. Alta Charo van de University of Wisconsin in Madison en S. Matthew Liao van de New York University. (Chemisch ingenieur Joseph DeSimone van de Stanford University, die deel uitmaakt van de wetenschappelijke adviesraad van Colossal, is tevens lid van de raad van trustees van de National Geographic Society.)
Zoeken naar nieuwe wegen
Het uiteindelijke doel van Colossal is om genoeg belangrijke genen in het genoom van de Aziatische olifant te kunnen vervangen om een ‘pseudo-mammoet’ te creëren die – net als ooit de uitgestorven wolharige mammoet – goed tegen de Arctische kou kan.
Volgens Herridge liep de laatste gemeenschappelijke voorouder van de wolharige mammoet en de Aziatische olifant zes miljoen jaar geleden op aarde rond en hebben beide soorten nog altijd meer dan 99,9 procent van hun DNA gemeen. Maar het olifantengenoom heeft een lengte van drie miljard basenparen, wat betekent dat er ruim één miljoen verschillen tussen een Aziatische olifant en een wolharige mammoet bestaan. Al die verschillen moeten door de wetenschappers worden onderzocht.
Volgens Lamm en Hysolli richt het team van Colossal zich voorlopig op een minimum van zestig mammoetgenen, waaronder genen die zijn betrokken bij de vetopslag van het dier, het vermogen van zijn bloed om bij lage temperaturen zuurstof op te slaan en zijn welbekende wolharen vacht.
Het inbrengen van de relevante mammoetgenen in het DNA van een Aziatische olifant houdt in dat er op talloze punten tegelijkertijd in het olifantengenoom geknipt zou moeten worden, een probleem waaraan in het lab van Church is gewerkt door naar het genoom van andere soorten te kijken. Zijn team maakte gebruik van de baanbrekende gentechnologie CRISPR-Cas9 om op talloze plekken tegelijk in het genoom van een varken te knippen. Het doel was daarbij om varkens te creëren waarvan de organen op veilige wijze in mensen kunnen worden geïmplanteerd. (Lees meer over de revolutionaire mogelijkheden van de CRISPR-Cas9-technologie.)
Tenminste één van de kandidaat-genen uit het mammoetgenoom is getest in transgene laboratoriummuizen. Maar afzonderlijke genen kunnen talloze verschillende uitwerkingen op het hele genoom hebben, waardoor het uiteindelijke effect van een bepaald gen op de eigenschappen van een organisme pas zichtbaar worden in de uitdrukking van dat gen in het hele lichaam van het dier. Bovendien berust het proces deels op stukjes DNA die bij mammoets nog niet voldoende zijn onderzocht.
Lees ook: Wat een nieuwe DNA-‘knip-en-plaktechniek’ kan betekenen voor de voedselindustrie
Volgens Church zouden onderzoekers van Colossal in staat moeten zijn talloze potentiële problemen op te sporen tijdens de vroege ontwikkeling van een embryo van de gekruiste soort. Maar hij erkent dat sommige kenmerken die in het genoom worden aangebracht, zoals de vorm van de oren – die klein moeten zijn om het dier te beschermen tegen afkoeling en bevriezing – pas in een later stadium van ontwikkeling gecontroleerd kunnen worden.
Verreweg de grootste onzekerheid waarmee Colossal zal worden geconfronteerd, is de vraag hoe de embryo’s zich zullen ontwikkelen. De Aziatische olifant wordt met uitsterving bedreigd, dus willen de onderzoekers geen surrogaatmoeders gebruiken. In plaats daarvan is het bedrijf van plan een kunstmatige olifantenbaarmoeder te ontwikkelen.
Eerder is uit experimenten met lammeren en muizen gebleken dat vroeggeboren foetussen tot wel vier weken in kunstmatige baarmoeders in leven gehouden kunnen worden en dat vijf dagen oude embryo’s er tot wel zes dagen in kunnen worden verzorgd. Maar volgens Church is er tot nu toe nog geen kunstmatige baarmoeder voor de volledige draagtijd van een zoogdier gebruikt.
Om zijn doel te bereiken zou Colossal die primeur dus moeten klaarspelen, en wel met moderne olifanten. Hun draagtijd duurt bijna twee jaar en de kalveren die eruit voortkomen, wegen bij de geboorte een kleine honderd kilo.
Colossal zal ook een eigen – en zichzelf aanvullende – voorraad aan cellen van Aziatische olifanten moeten opbouwen. Volgens Church moet het bedrijf een lijn van pluripotente stamcellen ontwikkelen die op biochemische wijze zijn teruggezet in een soort oerstadium, vanwaaruit ze zich in talloze verschillende celtypes kunnen ontwikkelen, zoals eicellen. Dit type stamcel is eerder van andere bedreigde diersoorten gecreëerd, waaronder de noordelijke witte neushoorn, maar nog nooit van olifanten.
Pas op de plaats
Elk experiment waarbij dieren te pas komen, gaat gepaard met ethische kwesties. Dat geldt des te meer als Colossal er inderdaad in zou slagen een gezond kalfje uit een mammoet en een olifant te creëren. Olifanten hebben een hoge levensverwachting, zijn zeer intelligent en leven in complexe, matriarchale groepsverbanden die meerdere generaties omvatten.
Uit onderzoek naar prehistorische mammoets is gebleken dat deze kolossen veel van de sociale kenmerken van de olifant vertoonden. Dus hoe zou het allereerste mammoet-olifantenkalf op een goede manier verzorgd en gesocialiseerd kunnen worden? En hoe zou een toekomstige kudde van deze hybride dieren leren om in het Noordpoolgebied te overleven en vanuit het niets een nieuwe ‘mammoetcultuur’ op te starten?
“Het gaat er niet alleen om dat ze er weer zijn. Je moet ook zeker weten dat ze kunnen gedijen en een vervuld leven kunnen leiden,” zegt Liao, de bio-ethicus van de New York University die lid is van Colossals wetenschappelijke adviesraad. “Anders ben je gewoon wreed tegen deze dieren.”
Colossal en de Zimovs hebben met elkaar afgesproken dat het Pleistocene Park in de toekomst een van de mammoets van het bedrijf zou kunnen herbergen. Voorlopig is het experiment van de Zimovs nog beperkt tot een stuk land van zo’n twintig vierkante kilometer, maar er zijn plannen om uiteindelijk een gebied van 144 vierkante kilometer te creëren.
Moderne rondtrekkende olifanten kunnen zich over enorme afstanden verplaatsen, en dat gold ook voor de wolharige mammoets. Uit een recent onderzoek naar een 17.000 jaar oude slagtand van een wolharige mammoet is gebleken dat die afkomstig was van een jong mannetje dat in de loop van zijn 28 levensjaren tienduizenden kilometers had afgelegd terwijl het dier door het moderne Alaska trok. Als de visie van Colossal in haar volle glorie uitgewerkt zou worden, dan zouden vele miljoenen vierkante kilometers aan Arctische toendra en taiga weer in ongerepte grassteppes moeten veranderen om van invloed te zijn op het wereldwijde klimaat.
De schaal van de voorgestelde veranderingen zou heikele kwesties oproepen met betrekking tot grondbezit en bodemgebruik, de invloed op de bestaande flora en fauna in het Noordpoolgebied en het internationale toezicht. Ook vragen experts zich af welke gevolgen het project zou kunnen hebben voor de naar schatting 180.000 Inuit die op Groenland en in het hoge noorden van Rusland, Canada en de VS leven – mensen die als gevolg van de opwarming van de aarde in een van de snelst veranderende delen van de wereld wonen.
“Heel eerlijk gezegd heb ik zo mijn twijfels als wetenschappers de wereld naar een bepaald beeld willen herscheppen,” zegt Daniel Heath Justice, expert op het gebied van inheemse volkeren en dierenculturen aan de University of British Columbia in Vancouver. Hij wijst erop dat de biotechnologie een bruikbaar instrument kan zijn om soorten te redden, maar dat onderzoek zoals dat van Colossal “alleen maar gedreven kan zijn door niet-inheemse belangen.”
In een verklaring liet Colossal weten dat het project “geen gevolgen zal hebben voor de inheemse stammen die momenteel in het gebied leven” en dat het bedrijf “het behoud van de natuur en van alle soorten, waaronder ook de mens, als zijn hoogste prioriteit ziet.”
De ondersteuners van het bedrijf menen dat als Colossal aan die prioriteit kan voldoen, het levende diersoorten zullen zijn die de vruchten van het project zullen plukken, ook als het niet lukt om een kruising tussen een olifant en een mammoet te creëren. Zo wordt dankzij de financiering van Colossal in het lab van Church momenteel gewerkt aan een methode om de olifantsziekte EEHV (‘elephant endotheliotropic herpesvirus’) te synthetiseren. Het virus besmet en doodt talrijke jonge Aziatische olifanten maar kan niet op betrouwbare wijze in het lab worden opgekweekt. Het vinden van een manier om kweken van het virus te maken, zou een belangrijke eerste stap zijn in het ontwikkelen van medicijnen en vaccins tegen de ziekte.
“Het enige plausibele argument voor dit soort technologieën is het helpen van levende soorten die in milieus leven die onder invloed van de mens snel veranderen,” zegt Shapiro, de genetica van de University of California in Santa Cruz.
Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd in het Engels op nationalgeographic.com
