Nogle truede arter kan ikke længere overleve i naturen. Skal vi så ændre deres gener?

Rundt om i verden falder bestanden af ​​mange elskede arter med stigende hastighed. Ifølge en dyster fremskrivning kan så mange som 40 % af verdens arter være uddøde i 2050. Alarmerende nok er mange af disse tilbagegange forårsaget af trusler, som der kun findes få løsninger på.

Talrige arter er nu afhængige af bevarelsesavlsprogrammer for deres overlevelse. Men disse programmer tilskynder typisk ikke arter til at tilpasse sig og overleve i naturen sammen med vanskelige trusler såsom klimaændringer og sygdom.

Det betyder, at nogle arter ikke længere kan eksistere i naturen, hvilket forårsager store nedstrømseffekter på økosystemet. Overvej for eksempel, hvordan et koralrev ville kæmpe for at fungere uden koraller.

Hvad hvis der var en anden måde? Mine kolleger og jeg har udviklet en interventionsmetode, der har til formål at give truede arter de genetiske egenskaber, de har brug for for at overleve i naturen.

Bruger teori i praksis

Over generationer gør naturlig selektion arter i stand til at tilpasse sig trusler. Men i mange tilfælde i dag overgår den hastighed, hvormed trusler udvikler sig, arternes evne til at tilpasse sig.

Dette problem er især tydeligt i dyreliv, der er truet af nyligt opståede infektionssygdomme såsom chytridiomycosis i padder, og i klimapåvirkede arter såsom koraller.

Værktøjssættet, som mine kolleger og jeg udviklede, kaldes "målrettet genetisk intervention" eller TGI. Det virker ved at øge forekomsten eller hyppigheden af ​​genetiske træk, der påvirker en organismes kondition i nærvær af truslen. Vi skitserer metoden i en nylig forskningsartikel.

Værktøjssættet involverer kunstig selektion og syntetisk biologi. Disse værktøjer er veletablerede inden for landbrug og medicin, men relativt uprøvede som konserveringsværktøjer. Vi forklarer dem mere detaljeret nedenfor.

Mange værktøjer i vores TGI-værktøjssæt er blevet diskuteret i teorien i konserveringslitteratur i de seneste årtier. Men den hurtige udvikling inden for genomsekventering og syntetisk biologi betyder, at nogle nu er mulige i praksis.

Udviklingen har gjort det lettere at forstå det genetiske grundlag for egenskaber, som gør det muligt for en art at tilpasse sig, og at manipulere dem.

Hvad er kunstig udvælgelse?

Mennesker har længe brugt kunstig (eller fænotypisk) selektion til at fremme ønskværdige egenskaber hos dyr og planter opdrættet til selskab eller mad. Denne genetiske ændring har ført til organismer, såsom tamhunde og majs, der er dramatisk forskellige fra deres vilde stamfædre.

Traditionel kunstig selektion kan føre til resultater, såsom høje indavlsrater, der påvirker organismens sundhed og modstandsdygtighed og er uønskede for bevarelse. Hvis du nogensinde har ejet en racehund, er du måske opmærksom på nogle af disse genetiske lidelser.

Og når det kommer til bevaring, vil det at afgøre, hvilke individer fra en art der er resistente over for f.eks. et dødeligt patogen, indebære at udsætte dyret for truslen – helt klart ikke af hensyn til arternes bevarelse.

Forskere i husdyrindustrien har udviklet en ny tilgang til at omgå disse problemer. Kaldet genomisk selektion, det kombinerer data fra laboratoriearbejde (såsom et sygdomsforsøg) med den genetiske information om dyrene for at forudsige, hvilke individer der bærer genetiske egenskaber, der befordrer tilpasning.

Disse individer udvælges derefter til avl. I løbet af de efterfølgende generationer øges en befolknings evne til at overleve sammen med omsiggribende trusler.

Genomisk selektion har ført til sygdomsresistente laks og husdyr, der producerer mere mælk og bedre tåler varme. Men det mangler endnu at blive testet i konservering.

Hvad er syntetisk biologi?

Syntetisk biologi er et værktøjssæt til at fremme forandringer i organismer. Det omfatter metoder som transgenese og genredigering, som kan bruges til at introducere tabte eller nye gener eller justere specifikke genetiske egenskaber.

Nylige syntetiske biologiværktøjer såsom CRISPR-Cas9 har skabt et buzz i den medicinske verden og er også begyndt at få opmærksomhed fra bevaringsbiologer.

Sådanne værktøjer kan præcist justere målrettede genetiske egenskaber i en individuel organisme - hvilket gør den mere i stand til at tilpasse sig - mens resten af ​​genomet efterlades uberørt. De genetiske modifikationer bliver derefter givet videre til efterfølgende generationer.

Metoden reducerer sandsynligheden for utilsigtede genetiske ændringer, der kan opstå ved kunstig selektion.

Syntetiske biologiske metoder er i øjeblikket ved at blive afprøvet for bevarelse i flere arter rundt om i verden. Disse omfatter kastanjetræet og sortfodede fritter i USA og koraller i Australien.

Jeg arbejder sammen med forskere ved University of Melbourne for at udvikle TGI-tilgange i australske frøer. Vi afprøver disse tilgange i den ikoniske sydlige corroboree frø og planlægger at udvide dem til andre arter, hvis de viser sig effektive.

På verdensplan ødelægger sygdommen chytridiomycosis frøpopulationer. Forårsaget af svampepatogenet Batrachochytrium dendrobatidis , har det ført til udryddelse af omkring 90 frøarter og fald i så mange som 500 andre.

Mange frøarter er nu afhængige af bevaringsavl for deres fortsatte overlevelse. Der findes ingen effektiv løsning til at genoprette chytrid-modtagelige frøer i naturen, fordi svampen ikke kan udryddes.

Ser fremad

Som med mange bevaringstilgange vil målrettet genetisk intervention sandsynligvis involvere afvejninger. For eksempel kan genetiske træk, der gør en art resistent over for én sygdom, gøre den mere modtagelig over for en anden.

Men den hurtige hastighed af artsfald betyder, at vi bør prøve sådanne potentielle løsninger, før det er for sent. Jo længere arter er fraværende i et økosystem, jo ​​større er chancen for irreversible miljøændringer.

Enhver genetisk intervention af denne type bør involvere alle interessenter, herunder oprindelige folk og lokalsamfund. Og der bør udvises forsigtighed for at sikre, at arter er egnede til udsætning og ikke udgør nogen risiko for miljøet.

Ved at bringe begrebet TGI til offentlighedens, regeringens og andre videnskabsfolks opmærksomhed, håber vi, at vi vil anspore til diskussion og tilskynde til forskning om dets risici og fordele.