Емма Тілінґ: Таємниця геному кажанів

Я хочу, щоб усі ви зараз подумали про того ссавця, якого я збираюсь вам описати. Найперше, що я хочу вам сказати про цього ссавця - це те, що він є необхідною складовою для правильного функціонування наших екосистем. Якщо ми заберемо цього ссавця з наших екосистем, вони просто перестануть працювати. Це по-перше. По-друге, завдяки унікальним сенсорним здібностям цього ссавця, якщо ми вивчатимемо його, ми отримаємо глибоке розуміння наших хворіб органів чуття, таких як сліпота чи глухота. І третій, найбільш інтригуючий момент, стосовно цього ссавця полягає в моїй абсолютній впевненості, що секрет вічної молодості закладено глибоко в його ДНК. То ж, ви всі думаєте? Що ж, чудове створіння, чи не так? Хто із присутніх подумав про кажана? Я бачу, що половина аудиторії погоджується зі мною, але мені доведеться сильно попрацювати, щоб переконати решту.

Мені дуже пощастило останні 20 років вивчати цих чарівних і прекрасних ссавців. Одну п'яту всіх ссавців на планеті становлять кажани, і вони мають абсолютно унікальні ознаки. Наскільки нам відомо, кажани живуть на нашій планеті приблизно 64 мільйони років. Одна з найунікальніших речей, властива кажанам як ссавцям, - це здатність літати. Політ за своєю природою - це важка справа. Політ серед безхребетних еволюціонував лише тричі: у кажанів, у птахів, і в птеродактилів. І отже, політ вимагає великих затрат від організму. У процесі розвитку кажани навчились з цим справлятись.

А інша надзвичайно унікальна особливість кажанів у тому, що вони можуть за допомогою звуку сприймати навколишнє середовище. Вони використовують ехолокацію. Що ж я розумію під "ехолокацією" - вони випускають звук із гортані через рот або через ніс. Ця звукова хвиля виходить і віддзеркалює та створює ехо від предметів в їхньому навколишньому середовищі, і тоді кажани чують це ехо і перетворюють цю інформацію в акустичний образ. Це дозволяє їм орієнтуватися в цілковитій темряві. Вони насправді виглядають дуже дивно. Ми - люди. Ми - візуальні істоти. Коли науковці вперше зрозуміли, що кажани дійсно використовують звук, щоб літати, орієнтуватися і рухатися вночі, ми цьому не повірили. Протягом ста років, незважаючи на докази того, що вони насправді це робили, ми цьому не вірили.

Тепер, якщо ви подивитесь на цього кажана - він трохи схожий на прибульця. Насправді, дуже відомий філософ Томас Нейгел якось сказав, "Щоб дійсно відчути інопланетну форму життя на Землі, вам треба зачинитися в кімнаті з літаючим, ехолокуючим кажаном в повній темряві. І, якщо ви подивитеся на реальні фізичні характеристики на обличчі цього гарного підковоподібного кажана, ви побачите, що багато із цих характеристик існують для забезпечення можливості відтворювати і сприймати звуки. Дуже великі вуха, дивні ніздрі, але зовсім крихітні очка. Отже, знову ж таки, якщо ви просто подивитесь на цього кажана, ви зрозумієте, що звуки є життєво необхідними для їхнього існування.

Більшість кажанів виглядають як той, що ви бачили. Однак, існує група, як не використовує ехолокацію. Вони не сприймають оточуюче середовище за допомогою звуку, це - літаючі лисиці. Якщо комусь пощастило побувати в Австралії, ви бачили, як вони виходили з Ботанік Гарденз у Сіднеї, і якщо ви лише поглянете на їхнє обличчя, ви можете побачити, що їхні очі набагато більші, а вуха набагато менші. Отже, існують різні види кажанів з різною можливістю використання сенсорного сприйняття. Це буде дуже важливо в тому, що я збираюсь вам розказати пізніше.

Тож, якщо думка про існування кажанів у вашій вежі лякає вас, і я знаю, що деяким людям стало недобре, від споглядання великих зображень кажанів, вочевидь, це не дивно, оскільки тут, у західній культурі, кажанів було демонізовано. Звичайно, відома книга "Дракула", написана жителем північного Дубліна Бремом Стокером, ймовірно, є головним приводом для цього. Однак, я також вважаю, що справа тут ще і в тому, що кажани з'являються вночі, і ми не дуже-то й розуміємо їх. Нас трохи лякають ті, хто може сприймати світ трохи інакше, ніж ми. Кажани, зазвичай, ототожнюються з якимись негативними подіями. Вони є злочинцями у фільмах жахів, таких як відомий "Nightwing". Також, якщо ви подумаєте про це, демони завжди мають крила кажанів, в той час як птахи, або янголи мають пташині крила.

Отже, це - західна культура, а сьогодні я сподіваюсь переконати вас за допомогою китайської традиційної культури, оскільки вони сприймають кажанів як істот, що приносять удачу, якщо ви зайдете до китайської оселі, ви можете побачити зображення, таке як це. Це вважають П'ятьма Благословеннями. Китайське слово "кажан" звучить як китайське слово "щастя", і вони вірять, що кажани приносять багатство, здоров'я, довголіття, силу і спокій. І насправді, на цьому зображенні є картина довголіття, і довкола неї п'ять кажанів. І сьогодні я хочу розповісти і показати вам, що принаймні три з цих благословінь точно представлені кажаном, і, якщо ми вивчатимемо кажанів, ми ставатимемо ближче до кожного з цих благословінь.

Отже, багатство - як кажан може принести нам багатство? Тож, як я казала раніше, кажани є необхідні для правильного функціонування наших екосистем. Але чому це так? Кажани в тропіках є найголовнішими запилювачами багатьох рослин. Вони також харчуються фруктами, і вони розсівають насіння цих фруктів. Кажани відповідальні за запилювання рослини текіли, а це мультимільйонна індустрія в Мексиці. Отже, вони нам насправді потрібні для того, щоб наші екосистеми функціонували належним чином. Без них з'являться великі проблеми. Але більшість кажанів є ненажерливими мисливцями на комах. Це було встановлено в США, в маленькій зграї великих коричневих кажанів, що вони харчуються більш як мільйоном комах на рік, і в Сполучених Штатах Америки, саме зараз кажанам загрожує захворювання, відоме як синдром білого носа. Воно просувається повільно через США і знищує популяції кажанів, і науковці підрахували, що 1,300 метричних тон комах тепер щодня залишається в екосистемах через втрату кажанів. У США кажанам також загрожує той факт, що їх приваблюють вітряні ферми. Отже, саме зараз кажани стикаються із невеличкою проблемою. Вони збираються -- Їм самим багато що загрожує у Сполучених Штатах.

Тож, як це може допомогти нам? Як було підраховано, якби ми не враховували кажанів, то нам би довелося використовувати інсектициди, щоб позбавитись всіх цих комах-шкідників, котрі харчуються нашими сільськогосподарськими врожаями. І лише для США за один рік, як підраховано, це буде коштувати 22 мільярди доларів, якщо ми позбудемось кажанів. Отже, кажани насправді приносять нам багатство. Вони підтримують здоров'я наших екосистем, а також зберігають наші гроші. Таким чином - це перше благословіння. Кажани необхідні для наших екосистем.

А що ж стосовно другого? Як щодо здоров'я? В середині кожної клітини нашого тіла знаходиться наш геном. Наш геном створений нашою ДНК, наші ДНК-коди для протеїнів, які дають нам можливість функціонувати, взаємодіяти і бути такими, як ми є. Тепер разом із новими досягнення в області сучасних молекулярних технологій, для нас стало можливим прослідкувати наш власний геном в дуже короткі строки та за дуже, дуже малі кошти. Оскільки ми вже це робимо, ми зрозуміли, що в нашому геномі є відмінності. Отже, я хочу, щоб ви подивились на вашого сусіда. Просто гляньте на нього. Те, що ми з цього маємо зрозуміти - кожні 300 основних пар у вашій ДНК трохи відрізняють вас від інших. І один з найголовніших викликів сьогодення сучасній молекулярній медицині - встановити, чи дійсно ці відмінності роблять вас більш вразливим до захворювань, чи ці відмінності просто роблять вас інакшим? Знову ж таки - що це все означає? Що ця відмінність означає насправді? Якщо нам слід загострити свою увагу на всіх цих нових молекулярних аспектах і на персоналізованій генетичній інформації, що передається онлайн, і яку ми зможемо мати в найближчі 5 років, нам необхідно вміти розрізнити два цих поняття. Тож як нам це зробити?

Я вважаю, нам слід подивитись на експерименти природи. За допомогою природного відбору, крізь час, мутації, зміни, що руйнують функцію протеїну, не будуть допускатися з плином часу. Еволюція - наче решето. Вона відсіює погані відмінності. Отже, якщо ви поглянете на одну і ту саму частину генома у багатьох ссавців, що еволюційно були далекі одне від одного, а також є різними з екологічної точки зору, ви отримаєте краще розуміння того, що являє собою еволюційний попередник на даній області, наприклад, якщо для ссавців важливо функціонувати для того, аби вижити, це буде те ж саме для усіх цих ліній, видів, таксонів. Таким чином, якби нам треба було зробити це, то нам довелось би перевірити цю область і всіх цих різних ссавців і впевнитись, чи вони однакові, чи різні. Якщо вони однакові, це означає, що ця область необхідна для функціонування, тому мутація захворювання повинна знаходитись в межах цієї області. В такому випадку, якщо всі ссавці, на яких ми дивимось, мають геном жовтого типу в цій області, ймовірно, це означає, що фіолетовий - це погано. Це можна ще яскравіше проілюстровати, якщо ви поглянете на ссавців, які поводяться трохи по-інакшому. Скажімо, наприклад, що область геному, на яку я дивилась - була область, що відповідає за зір. Якщо ми поглянемо на цю область у ссавців, що мають проблеми із зором, такі як кажани, і ми побачимо, що кажани, які погано бачать мають фіолетовий тип, ми будемо знати, що, швидше за все, саме це і викликає захворювання.

В моїй лабораторії ми використовували кажанів, щоб подивитись на 2 різних види захворювань органів чуттів. Ми дивимось на сліпоту. Навіщо це нам? 314 мільйони людей мають поганий зір, і 45 мільйонів із них - сліпі. Тож, сліпота - це велика проблема, і багато з цих розладів із зором походять від спадкових хвороб, тому ми хочемо спробувати краще зрозуміти, які мутації в генах спричиняють захворювання. Ми також досліджуємо глухоту. Один із 1000 новонароджених є глухим, і коли ми досягаємо 80 років, більш, ніж половина з нас також матимуть проблеми зі слухом. Знову ж таки, існує багато генетичних причин, що лежать в основі цього. В моїй лабораторії ми досліджували цих унікальних сенсорних спеціалістів, кажанів, і ми вивчали гени, що спричиняють сліпоту, коли в них є дефект, на гени, що спричиняють глухоту, коли в них є дефект, і тепер ми можемо передбачити, які області найбільш імовірно спричиняють захворювання. Таким чином, кажани також важливі для нашого здоров'я, щоб дати нам можливість зрозуміти як функціонує наш геном.

Це стосується нашого сьогодення, але як щодо майбутнього? Як щодо довголіття? Ось про що ми продовжимо говорити, і, як я вже казала раніше, я дійсно вірю, що таємниця вічної молодості прихована в геномі кажанів. Але чому ми маємо бути зацікавлені в старінні взагалі? Насправді, ця картина була змальована у 1500-их роках з Фонтану Молодості. Старіння вважається одним із найбільш звичних, хоча й найменш зрозумілих аспектів всієї біології, і насправді, із самого початку цивілізації людство шукало шляхи його уникнення. Але нам належить зрозуміти це трохи краще. В самій лише Європі спостерігається збільшення на 70 відсотків кількості осіб, яким більше 65 років, і на 170 відсотків - осіб, старших 80 років. З віком наш стан погіршується, і це погіршення спричиняє проблеми для нашого суспільства, отже нам слід звертатись до нього.

Як секрет вічної молодості міг бути закодованим в геномі кажана? Чи хтось хоче висунути своє припущення стосовно тривалості життя цього кажана? Хто -- піднімайте руки -- хто каже 2 роки? Ніхто? Один? Як щодо 10 років? Кілька? А як щодо 30? Як щодо 40? Добре, тут повне розмаїття відповідей. Цей кажан - myotis brandtii. Кажан, що живе найдовше з усіх. Він жив до 42 років, і цей кажан все ще живий в дикій природі і по сьогоднішній день. Але що в цьому такого надзвичайного?

Для ссавців є типовим відношення між розміром тіла, метаболічним рівнем, і тривалістю життя, і ви можете передбачити, скільки проживе ссавець, знаючи розміри його тіла. Для маленьких ссавців є типовим коротка тривалість життя і смерть у ранньому віці. Згадайте про мишу. Але кажани дуже відрізняються від них. Як ви бачите на цьому малюнку, в синьому кольорі, це всі інші ссавці, але кажани можуть прожити в 9 разів довше, ніж від них очікують, незважаючи на те, що метаболічний рівень в них дуже-дуже високий, і постає питання - як їм це вдається? Існує 19 видів ссавців, що живуть довше, ніж мали би, беручи до уваги їхні розміри, ніж людина, і 18 із них - кажани. Тож вони повинні мати щось у своїй ДНК, що дозволяє їм справлятись із метаболічними стресами, зокрема - з польотом. Вони витрачають втричі більше енергії ніж ссавець такого ж розміру, але зовсім не схоже, щоб вони переживали наслідки цього. Зараз в моїй лабораторії ми комбінуємо сучасні досягнення в галузі біології про кажанів із найсучаснішими молекулярними технологіями, виїжджаємо і ловимо кажанів-довгожителів, щоб краще зрозуміти, що ж таке вони роблять, аби перестати старіти як ми. І я сподіваюсь, що в найближчі 5 років я прочитаю вам промову TED на цю тему. Старіння - це велика прблема всього людства, і я вірю, що вивчаючи кажанів, ми зможемо відкрити молекулярний механізм, що дозволяє ссавцям досягти надзвичайного довголіття. Якщо ми дізнаємось, що вони роблять, можливо, за допомогою генної терапії, ми зможемо зробити це реальним і для нас самих. Теоретично, це означає, що ми змогли б зупинити старіння або навіть повернути його у зворотній бік. Тільки уявіть собі, як би це було.

Я справді не вважаю, що ми повинні думати про них як про літаючих демонів ночі, радше як про наших супергероїв. І правда в тому, що кажани можуть принести нам багато користі, якщо ми будемо знати, де шукати. Вони корисні для нашої екосистеми, вони дають нам зрозуміти, як працює наш геном, і, потенційно, вони володіють секретом вічної молодості. Тож сьогодні, коли ви вийдете звідси і подивитесь у нічне небо, і побачите цих чудових літаючих ссавців, я хочу, щоб ви посміхнулись. Дякую. (Оплески)