탈멸종과 보존: 새로운 시대

무서운 늑대의 경우, 화석 게놈에서 크기 증가, 강건함, 밝은 색 털과 같은 특성을 부여하기 위해 20가지 특정 유전자 편집이 선택되었으며, 이는 회색 늑대 게놈에 도입되었습니다.

이 이중 접근 방식은 멸종된 종을 부활시키는 것을 목표로 할 뿐만 아니라 동일한 유전 도구와 기술을 적용하여 현재 살아있는 종이 멸종 위기에 처하는 것을 방지합니다.

매머드, 도도새, 주머니늑대 등 상징적인 멸종 동물에 대한 대중의 관심은 이러한 고급 보존 기술을 개발하는 데 필요한 열정, 참여 및 투자를 창출하는 데 중요한 역할을 합니다.

에른스트 마이어(Ernst Mayr)가 도입한 전통적인 '생물학적 종 개념'은 유기체가 교배하여 번식 가능한 자손을 생산할 수 있는 능력으로 종을 정의하며, 근본적이지만 제한적인 틀 역할을 합니다.

대조적으로, '유전적 종 개념'은 미리 정의된 유전자 염기서열 유사성 역치를 기반으로 유기체를 분류하며, 분류학적 범주화를 위한 다른 렌즈를 제공합니다.

보존 노력은 종종 플로리다 표범과 텍사스 표범의 분류에서 볼 수 있듯이 공간 분포를 기반으로 개체군을 구별하는 '지리적 종 개념'을 사용합니다.

궁극적으로 단일 종 개념이 보편적으로 적용되는 것은 아니며, 개념의 선택은 특정 과학적 탐구 또는 보존 목표에 따라 달라집니다.

진화적 분화는 주로 지리적으로 또는 생식적으로 서로 고립된 개체군 내에서 무작위 돌연변이가 축적되어 발생합니다.

작은 개체군 규모는 불리한 돌연변이조차도 순전히 우연에 의해 유전자 풀에 고정될 가능성을 크게 높입니다.

두 혈통이 고립 기간 후에 다시 접촉할 때, 성공적으로 교배할 수 있는 능력은 축적된 진화적 변화가 정자-난자 수정 문제와 같은 생식 장벽으로 이어졌는지 여부에 달려 있습니다.

예를 들어, 인간과 네안데르탈인은 약 30만~50만 년 전에 분화했는데, 이는 비교적 짧은 진화 기간이지만, 반세기 전에 분화하여 겹치는 서식지에서 여전히 쉽게 교배하는 갈색곰과 북극곰처럼 서로 교배했습니다.

현대인은 일반적으로 2%에서 5% 사이의 네안데르탈인 DNA를 가지고 있지만, 이 고대 DNA의 특정 세그먼트는 개인마다 상당히 다릅니다.

결합될 때, 현대 인간 개체군에서 발견되는 다양한 네안데르탈인 DNA 세그먼트는 전체 네안데르탈인 게놈의 90% 이상을 재구성할 수 있습니다.

네안데르탈인 DNA는 현대 인간 유전자 풀에 남아 있으며, 이는 이러한 유전된 유전적 기여의 대부분이 비적응적이지 않았음을 반영합니다.

네안데르탈인 DNA가 지속적으로 부재하는 인간 게놈 영역은 종종 인간 생존에 중요한 유전자를 강조하여 인류를 유전적으로 정의하는 것에 대한 통찰력을 제공합니다.

붉은 멜라닌 색소와 관련된 것으로 알려진 MC1R 유전자는 네안데르탈인과 털매머드 게놈 모두에서 확인되었습니다.

보존된 매머드 미라의 물리적 증거는 유전적 발견을 입증하며, 이 멸종된 코끼리목 동물에서 붉은 머리색이 존재했음을 확인시켜줍니다.

붉은 색소에 대한 공통 생물학적 메커니즘은 유사한 진화 경로를 따라 진화했거나 추운 기후에서 진화한 다양한 종들을 연결합니다.

광범위한 노력에도 불구하고, 모리셔스에서 발견된 수많은 뼈에서 생존 가능한 도도새 DNA를 검색하는 것은 덥고 습하며 늪지대 환경의 열악한 보존 조건으로 인해 대체로 실패했습니다.

도도새 게놈의 성공적인 매핑은 수세기 전에 모리셔스에서 유럽으로 살아있는 채로 운반된 유럽 박물관 컬렉션의 단일, 매우 잘 보존된 표본을 사용하여 궁극적으로 달성되었습니다.

탈멸종을 위한 이상적인 유전적 템플릿 생성에는 멸종된 종을 살아있는 친척과 구별하는 고유한 유전적 변화를 정확하게 식별하기 위해 여러 개의 잘 보존된 샘플이 필요합니다.

원래 멸종 원인을 이해하는 것은 재멸종을 방지하는 데 중요하며, 선택된 종은 회복력을 향상시키기 위해 현재 생태계에서 여전히 채울 수 있는 생태학적 역할을 가져야 합니다.

인간을 포함한 포유류는 일반적으로 XY 염색체 시스템을 통해 성별을 결정하며, 수컷은 이형 접합(XY)이고 암컷은 동형 접합(XX)입니다.

반대로 새는 WZ 시스템을 사용하며, 암컷은 이형 접합(WZ)이고 수컷은 동형 접합(ZZ)입니다.

악어와 같은 파충류는 온도 의존적 성 결정을 나타내는데, 이는 알의 부화 온도가 중요한 발달 기간 동안 자손의 성별을 결정합니다.

다양한 문화적 이론에도 불구하고, 성교 자세나 식단과 같은 환경적 요인을 통해 자손의 성별에 대한 인간의 통제를 뒷받침하는 과학적 증거는 없습니다. 현재 방법은 보조 생식 기술에서 직접적인 유전적 선택을 포함합니다.

유전 공학은 털매머드와 가장 가까운 현존하는 친척인 아시아 코끼리 간의 99% 게놈 중복에 의존하여 추운 기후 생존에 책임 있는 특정 1% 유전자를 목표로 합니다.

이러한 높은 게놈 유사성은 연구자들이 매머드에게 고유한 특성과 환경 적응을 부여한 유전적 차이의 결정적인 1%를 식별하고 편집하는 데 집중할 수 있도록 합니다.

목표는 개별 매머드의 정확한 복제본을 만드는 것이 아니라, 매머드가 한때 살았던 추운 영구동토층 환경에서 번성할 수 있는 코끼리를 만드는 것입니다.

공학적으로 만들어진 매머드는 현대 병원균, 미생물, 식량원과 함께 생존할 수 있도록 유전적으로 갖추어져야 하며, 코끼리 대리모의 생물학적 시스템과 호환되어야 합니다.

무서운 늑대의 재현은 회색 늑대 게놈에 20가지 특정 유전자 편집을 도입하는 것을 포함했으며, 이는 크기 증가, 강건함, 밝은 색 털과 같은 특성을 나타내도록 선택되었습니다.

동물 복지를 우선시하여, 유전 공학 과정은 건강 문제로 이어질 수 있는 변이체를 도입하는 것을 꼼꼼하게 피합니다. 예를 들어, 개에서 눈피부 백색증(실명 또는 난청)과 관련된 특정 밝은 털 유전자는 의도적으로 건너뛰었습니다.

대신, 건강을 손상시키지 않으면서 원하는 무서운 늑대 미학을 달성하기 위해 살아있는 반려견과 회색 늑대에게 이미 존재하는 밝은 털 색깔에 대한 대체적이고 안전한 유전적 경로가 활용되었습니다.

현재 로물루스와 레무스라는 두 마리의 수컷 무서운 늑대와 클레시아라는 한 마리의 암컷 무서운 늑대가 살아있지만, 가까운 친척 관계 때문에 교배를 의도하지는 않지만, 팀은 이 동물들을 계속 연구하여 유전학과 행동에 대해 배우고 있습니다.

브로드 연구소의 엘렌 칼슨(Ellen Carlson)은 특정 유전자를 복잡한 행동 특성에 매핑하는 것이 여전히 중요한 과제로 남아 있음을 발견했습니다. 엘렌 칼슨은 품종 고정관념이 실제가 아님을 보여주었습니다.

역사적 추세는 제2차 세계대전 이후 독일 셰퍼드, 이어서 도베르만, 불독, 그리고 현재는 핏불에 이르기까지 미국에서 다양한 개 품종이 악마화되었음을 보여줍니다.

치와와를 제외하고, 대부분의 개 품종에서 특정 유전자를 복잡한 행동에 매핑하는 능력은 여전히 파악하기 어렵습니다.

품종 기반의 일반화는 현재 유전적 증거에 대한 확고한 근거가 부족합니다.

베스 샤피로 박사는 보존을 단순히 자연을 그대로 두는 것이 아니라 개체군과 환경을 적극적으로 관리하는 것으로 보아야 한다고 주장합니다.

인간은 수만 년 동안 사냥, 가축화, 종의 전 세계적 재배치와 같은 활동을 통해 생태계에 지속적으로 영향을 미쳤습니다.

샤피로는 생태계의 끊임없는 변화를 인정하며, 특정 역사적 자연 상태를 보존하려는 시도보다 생태학적 '견고성'과 회복력을 우선시할 것을 옹호합니다.

그녀는 생태계에 다양한 기능을 수행하는 여러 종이 있다면, 이는 더 큰 생물 다양성과 풍부한 환경으로 이어져 불리한 사건에 대한 회복력을 높인다고 언급합니다.

질병을 옮기는 모기를 박멸하려는 초기 제안은 생물학자들의 반대에 부딪혔습니다. 모기가 새들의 먹이원이 되어 한 종을 제거하는 것이 생태학적 결과의 도미노 효과를 유발할 수 있음을 보여주기 때문입니다.

말라리아나 뎅기열과 같은 질병을 전염시키는 특정 모기 종만을 목표로 하는 것이 총체적 박멸보다 더 실현 가능한 전략으로 제시됩니다. 이는 다른 종들의 생태학적 중요성을 고려한 것입니다.

샤피로 박사는 특정 질병 매개 모기의 높은 개체 밀도가 인간의 도시 개발에 기인한다고 주장합니다. 이는 자연 환경에 비해 유리한 번식지를 만듭니다.

이 기술은 서부 북미 전역에서 산불을 유발하는 유럽원산의 불이 잘 붙는 침입종인 치트 그래스를 통제하여 캘리포니아 토착 생태계를 복원하는 데 사용될 수 있습니다.

유전자 드라이브의 안전 조치에는 의도하지 않은 장기적인 생태학적 영향을 방지하기 위해 활동을 고정된 수의 세대로 제한하는 '스위치'를 공학적으로 적용하는 것이 포함됩니다.

이러한 도구의 사용은 1990년대 중반 플로리다 표범 개체수를 늘리기 위해 텍사스 표범을 재도입한 것과 같이 침입종 또는 기타 인간이 유발한 변화로 손상된 생태계의 견고성과 회복력을 회복시킬 수 있습니다.

환경이 역할을 하지만, 북유럽인의 키는 평탄해졌는데, 이는 4,700년 전 얌나야 스텝인들에 의해 도입된 유전자 세트로 생물학적 한계에 도달했음을 시사합니다.

고대 인간 DNA 연구는 큰 키에 기여하는 유전자가 약 4,700년 전 얌나야 스텝인들에 의해 유럽에 도입되었음을 보여줍니다.

환경적 요인이 키에 영향을 미치지만, 북유럽에서 관찰된 평탄화는 현재 유전적 변이 범위 내에 생물학적 한계가 존재함을 암시합니다.

베스 샤피로 박사는 전 세계적인 건강과 복지를 개선하기 위해 가용한 도구를 사용하는 것이 '신 노릇'이 아니라 근본적인 인간의 책임이라고 주장합니다.

그녀는 현대 유전적 개입과 3만 년 전 회색 늑대를 개로 가축화하거나 테오신테를 옥수수로 변형시킨 것과 같은 역사적 인간 행동 사이에 유사점을 그립니다.

현재 세계의 상태는 주로 인간의 영향의 산물이며, 종의 건강과 생존을 보장하기 위해 첨단 기술을 사용하는 능동적인 관리가 필요합니다.

이러한 관점은 행동하지 않는 것 또한 결정이며, 이는 생물 다양성이 부족한 미래로 이어질 수 있음을 강조하며, 사려 깊게 개입해야 하는 윤리적 의무를 강조합니다.

마지막 포획 및 야생 개체가 죽었을 때, 이 종은 멸종된 것으로 간주되었고 1966년 최초의 멸종 위기 종 목록에 포함되었습니다.

이 종은 셰프(Shep)라는 가정견이 검은발족제비를 죽인 후 와이오밍 주 마티티 근처에서 재발견되었으며, 그 후 박제사에 의해 확인되었습니다.

국제적인 노력으로 사육 번식 프로그램이 시작되었고, 유전적 다양성 문제에도 불구하고 매년 약 500마리의 검은발족제비를 야생으로 방사할 수 있습니다.

앤드류 휴버만(Andrew Huberman)은 인간이 즉각적인 편의를 위해 종을 변형시키는 것에 대한 안락함이 종종 전체 개체군에 장기적인 해를 끼친다는 점을 지적하며, 종종 간과되는 결과를 강조합니다.

예측 AI 및 디지털 트윈 기술의 사용은 종을 재도입할 때 생태학적 영향을 모델링하는 것을 크게 개선할 수 있으며, 완벽하지는 않지만 더 나은 예측을 제공합니다.

어떤 인간 전문가도 생태계 내의 모든 복잡한 변수를 모델링할 수는 없지만, AI 시스템은 이 데이터를 하루 24시간, 주 7일 지속적으로 처리할 수 있습니다.

Colossal Biosciences는 탈멸종된 동물이 방사될 수 있는 생태계에 대한 잠재적인 단기, 중기, 장기적 영향을 자세히 다루는 '관리 보고서'를 작성하며, 모든 관점을 고려하기 위해 지역 이해 관계자와 보존 생물학자를 참여시킵니다.

수백 마리의 매머드 개체수를 달성하려면, 22개월의 임신 기간을 가진 아시아 코끼리를 대리모로 의존하는 것은 실행 가능한 전략이 아닙니다.

인공 자궁의 개발은 살아있는 코끼리를 사용하는 생물학적 한계와 윤리적 고려 사항을 우회하여 여러 마리의 매머드를 동시에 탄생시킬 수 있게 할 것입니다.

생쥐를 위해 처음 개발되고 있는 이 보존 지향 기술은 임신 중 공격적인 치료(예: 화학 요법)가 필요한 산모의 아기를 지원하는 것과 같은 인간 의학 응용 분야에서 상당한 잠재력을 가지고 있습니다.

유전적 이해와 후성 유전학 연구를 활용하는 더욱 정교한 신생아 집중 치료실(NICU)의 생성은 발달 과정을 혁신하여 흥미롭고 잠재적으로 생명을 구하는 발전을 제공할 수 있습니다.

베스 샤피로 박사는 조지아 대학교에서 방송 저널리즘을 전공하며 학문적 여정을 시작했습니다. 대학 시절에는 지역 라디오 방송국의 뉴스 디렉터로 일하며 출퇴근 시간 프로그램용 뉴스를 작성하고 편집했습니다.

신입생 시절을 마친 후, 그녀는 지질학과 고고학에 초점을 맞춘 우등 프로그램 수업에 참여했습니다. 이 경험은 전국 각지의 고고학 및 인류학 유적지를 방문하는 것을 포함했으며, 그녀가 과학 저널리스트가 되는 것을 고려하게 했습니다. 이후 그녀는 과학 수업을 듣기 시작했고 파나마에서 개체군 생태학을 연구했습니다.

나중에 그녀는 말벌의 근친 교배를 연구하려는 목표로 대학원 프로그램에 지원했습니다. 그녀는 마샬 장학금을 받지 못했지만 로즈 장학금을 받았고, 이로 인해 옥스퍼드로 가게 되었습니다. 그곳에서 그녀는 고대 DNA 연구소를 설립하고 있던 앨런 쿠퍼(Alan Cooper)를 만났습니다. 지질학, 고생물학, 스토리텔링에 대한 그녀의 관심을 결합하는 방법으로 고대 DNA를 연구할 기회는 그녀를 연구소에 합류하고 시베리아에서 연구를 수행하게 만들었습니다.

휴버만은 생태계를 복구하고 개선하려는 그녀의 노력을 지지합니다.

휴버만은 이 작업을 '귀엽거나' '파생적인' 실험, 예를 들어 피질에서 인간 세포를 가져와 쥐의 피질에 넣는 것과 같은 작업과 구별하며, 이러한 작업은 실질적인 정보를 제공하지 않는다고 생각합니다.

휴버만과 샤피로 모두 그녀의 작업이 동물과 사람 모두에게 긍정적인 결과를 가져올 것이라는 기대를 표명합니다.