Как исчезают биоресурсы планеты

Портал КоммерсантЪ 6 апреля 2021 г.

Александр Графодатский, доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, Институт молекулярной и клеточной биологии СО РАН, Новосибирск

Как исчезают биоресурсы планеты
И возможно ли сохранить вымирающие виды и экосистему в целом

Межправительственная научно-политическая платформа по биоразнообразию и экосистемным услугам ООН (IPBES) на своем последнем, доковидном, заседании описало состояние биологии планеты как “зловещее”.

На глобальном уровне фиксируется беспрецедентная катастрофа с биоресурсами и почти полное отсутствие реакции человечества на этот факт. Отмечено, что “экосистема Земли, от которой мы и все другие виды зависят, ухудшается быстрее, чем когда-либо. Мы разрушаем основы нашей экономики, средств к существованию, продовольственной безопасности, здоровья и качества жизни во всем мире”. С 1980 года загрязнение пластиками возросло в десять раз, ежегодно в мировые воды сбрасывается 300–400 млн тонн тяжелых металлов, растворителей, токсичных осадков и других отходов промышленных предприятий, а удобрения, попадающие в прибрежные экосистемы, создали более 400 “мертвых зон” океана общей площадью более 245 тыс. кв. км.

В докладе говорится, что около 1 млн видов животных и растений в настоящее время находятся под угрозой исчезновения, причем многие из них исчезнут в течение десятилетия, чего не было никогда ранее в истории человечества. Отмечено сокращение численности популяций дикой природы на 58% с 1970 года, и еще большее сокращение (до 67%) произойдет в ближайшие три года. Более 40% видов амфибий, почти 33% кораллов и более трети всех морских млекопитающих находятся под угрозой исчезновения. Для видов насекомых картина менее ясна, но имеющиеся данные подтверждают предварительную оценку угрозы для 10%. По меньшей мере 680 видов позвоночных были истреблены с XVI века, как и более 9% всех одомашненных пород млекопитающих, причем еще как минимум 1 тыс. пород находится под угрозой исчезновения. Деградация земель привела к снижению продуктивности на 23% земной поверхности в мире и финансовым потерям в размере $577 млрд в год.

Паспорт всех видов

Наконец-то к человечеству пришло осознание, что мы теряем богатства, превосходящие по конечной стоимости все запасы нефти, газа и минеральных ресурсов, понимание, что исчезают виды, изучение которых может привести к глобальным прорывам в медицине, сельском хозяйстве и экономике в целом. Именно это положение стало основой стратегии новой, четвертой индустриальной революции, опорой которой станут изучение, глобальная попытка сохранения и рационального использования биологических ресурсов планеты.

На предпоследнем экономическом форуме в Давосе принято решение о современном описании биоресурсов, что реально сделать только при тотальном секвенировании геномов всех известных и неизвестных видов. Для многоклеточных организмов (эукариот) предложен соответствующий международный проект Earth BioGenome Project с девизом “Sequencing life for the future of life”, который я осмелюсь перефразировать так: “Давайте прочитаем нашу книгу судеб и поймем, как мы жили раньше, для того чтобы выжить в дальнейшем”.

Предполагается, что за десять лет, потратив $4,7 млрд, мы сможем получить некий условный текст объемом 200 петабайт цифровой информации, который опишет нам все многообразие для более чем 1,7 млн видов многоклеточных организмов, включая 66 тыс. видов позвоночных (6–7 тыс. видов млекопитающих, 32 тыс. видов рыб, 10 тыс. видов птиц и т. д.), 1 млн 300 тыс. видов беспозвоночных, в том числе более 1 млн видов насекомых, 300 тыс. видов растений. Не вызывает никакого сомнения, что научное сообщество легко потратит эти миллиарды, если нужно, и быстрее, чем за десять лет, и забьет память всех доступных ресурсов петабайтами информации. В то же время очевидно, что цели достигнуты не будут, видов окажется много больше, а сам процесс будет длиться много дольше. И тем не менее начинать нужно, и чем быстрее, тем лучше.

Проект “Геном человека”, потребовавший многомиллиардных затрат, завершился тем, что весь генетический “текст” был прочитан, каждое “слово” собрано в “предложения”, “абзацы” и “главы”. Аналогичным образом были завершены геномные проекты для ряда модельных объектов (среди позвоночных это собака, корова, мышь, опоссум, курица). Потом наступил этап “высокопроизводительного секвенирования, NGS”, когда геномные проекты подешевели на несколько порядков и геномы многих тысяч видов эукариот были секвенированы.

Но хорошее не бывает дешевым, и сейчас биологическое сообщество пришло к осознанию того, что те наборы рваных с разной степенью остервенения “текстов”, редко собранных даже до “абзацев” и никогда до “глав”, не могут считаться полноценными “геномами”, экстремисты от геномики даже предлагают все “секвенированное” до сих пор выбросить в мусорную корзину и никогда к этим данным не возвращаться. В последние два года идет активное обсуждение третьего этапа геномных проектов, основанных на новых методах секвенирования и новых подходах в сборке геномов до “глав” (хромосом).

Показательно, что идет возвращение и к проекту “Геном человека”. В конце прошлого года в Nature вышла статья о секвенировании Х-хромосомы человека и сборке от теломеры до теломеры (от конца до конца). Очевидно, что в скором времени следует ожидать публикации и по аналогичному секвенированию всех других хромосом человека.

Появилось несколько международных и национальных проектов по секвенированию геномов. В конце 2017 года был предложен проект по секвенированию геномов всех 70 тыс. видов позвоночных (Vertebrate Genome Project) как продолжение реализуемого c 2009 года проекта Genome 10K. Есть отдельные проекты по секвенированию геномов птиц и летучих мышей. Есть бразильский проект по геномике Амазонии, Сэнгер-центр взялся за секвенирование геномов всех эукариот Великобритании, назвав свой проект “Дарвиновским древом жизни”, есть австралийский и китайский проекты. И даже маленькая Каталония гордо геномно отделилась от остальной Испании. Параллельно развивается проект “Зоопарк ДНК” (DNAZoo), основывающийся на методе Hi-C, позволяющем при изучении контактов ДНК в ядре описывать одновременно хромосомы, геном и его функциональное состояние. В этом и большей части перечисленных выше проектах участвует и наш Институт молекулярной и клеточной биологии СО РАН своими ресурсами в виде уникальной коллекции культур клеток нескольких сотен видов позвоночных и, главное, своими умениями работы с хромосомами, которых, увы, нет ни у кого в мире больше.

Не все так просто

Но многоклеточные организмы, про которые мы очень мало что знаем, лишь малая толика живой массы планеты. Человек, как и любое животное,— сложнейшая комбинация человеческих и нечеловеческих, прежде всего бактериальных, клеток. На каждую нашу человеческую клетку приходится одна-две “наших” бактериальных, с большей частью которых мы живем в мире-дружбе. А вокруг каждой нашей бактериальной и небактериальной клетки крутятся вирусы, и несть им числа. А если взять один (!) грамм почвы, то мы найдем там несколько десятков миллионов бактерий и архей. Если все это хозяйство секвенировать, то окажется, что про 99% видов из этого грамма мы раньше вообще ничего не знали, как и про миллионы бактерий, живущих в каждой капле из любого водоема. И биологическая продуктивность почвы-океана — это суть организмы, прежде всего бактерии, в них обитающие. И в мире развиваются несколько проектов по секвенированию бактериальных и прочих сообществ почв, болот, рек и океанов, так называемая метагеномика.

Таким образом, задача всех геномных проектов на первом этапе хотя бы оценить, сколько видов живого обитает на нашей планете, как устроены их геномы на всех уровнях, какую полезную и необходимую информацию мы можем извлечь сейчас и какая пригодится нам в будущем. Так уж случилось, что весь предыдущий год мы прожили под знаком биологии, жаль лишь что в ее медицинской составляющей.

А всего делов-то, летучая мышь, малый подковонос, из китайской провинции Юнань неудачно накакала на пробегавшего мимо ящера панголина (это такие забавные зверушки, родственники хищников). А поганый коронавирус, из многих тысяч с которыми летучие мыши сжились как с родными, умудрился чуть измениться и, когда этого несчастного панголина в виде мяса (вкуснейшего, рекомендую) привезли в китайский ресторан, заразил одного, десять, сотни и миллионы людей. И все человечество стоит на ушах, оттопыренных резинками от медицинских масок. И все средства массовой информации обсуждают проблемы популяционной генетики и тонкие детали секвенирования ДНК. Может быть, именно это несколько приблизит нас к осознанию необходимости детального изучения живого.

Национальный проект

Нужен ли национальный геномный проект для России? Безусловно. Нужен проект, который бы объединил наших еще живых замечательных зоологов и ботаников, немногочисленных геномиков и биоинформатиков в полноценной работе описания генетических ресурсов родины. Но, учитывая опыт последних лет, я в то же время безумно боюсь, что такой проект появится. Как это будет. Умные люди сверху, бухгалтеры, финансисты и юристы, руководящие нынешней фундаментальной наукой, посчитают, сколько денег имеют сейчас институты-лаборатории страны, занимающиеся биоразнообразием. Именно эти деньги обнародуют в качестве приза для проекта “Геномы России”. Неожиданно на конкурсе победят Курчатовский институт, Сколково, Московский университет, ну может быть еще пара-тройка московских институтов, в которых, скорее всего, ничего в плане изучения разнообразия геномов до объявления конкурса не было, но вдруг появилось, в плане “никогда такого не было, и вот опять”.

Все эти нано-, стволовые, геномно-редакторские и прочую смену времен мы все наблюдали, с удивлением узнавая, что всеми этими делами занимаются одни и те же люди и лаборатории. Таким образом добьют все, что еще было живым и как-то финансировалось в этом направлении. Не утрирую нисколько. Именно эту картину наблюдаю в конкурсе по созданию передовых генетических центров страны. Лысенко не смог добить русскую генетику, а эти ребята, пожалуй, смогут. Так что спаси Бог от общенационального российского проекта, любого, мы уж сами-сами, как-нибудь, потихоньку-полегоньку. Хотел было сказать с помощью Российского фонда фундаментальных исследований.