Das letzte männliche nördliche weiße Nashorn - sein Name war Sudan - starb im März und hinterließ nur zwei Mitglieder der Unterart: seine Tochter und seine Enkelin.
In der Vergangenheit hätten diese krassen Fakten das Ende bedeuten können. Forscher des Institute for Conservation Research des Zoos in San Diego - Heimat einer frostigen Menagerie, die als Frozen Zoo bekannt ist - arbeiten jedoch daran, den weißen Nashörnern im Norden eine zweite Chance zu geben. Seit 1975 sammelt das Institut Gewebe von Lebewesen, von denen einige vom Aussterben bedroht sind und andere nicht. Anschließend werden die Zellen im Labor gezüchtet und bei kühlen 321 Grad unter null Fahrenheit aufbewahrt.
Zoos verwenden bereits Fortpflanzungstechnologien wie In-vitro-Fertilisation für Tiere wie Gorillas und künstliche Befruchtung für Pandas. (An anderer Stelle erwägen Wissenschaftler die Vorzüge der Wiederbelebung ausgestorbener Arten wie des Wollmammuts und der Passagiertaube, obwohl sie dafür uralte DNA verwenden müssten.) Der Frozen Zoo hat sein konserviertes Sperma zum Beispiel zur Herstellung von Fasanküken verwendet und ist so weit gegangen, Gepardenembryonen herzustellen und die Eier der südlichen weißen Nashörner zu düngen.
Jetzt hoffen die Tierpfleger, dass ihr Dutzend Proben von weißen Nashörnern aus dem Norden auf eine andere Weise Eltern einer neuen Generation werden: Mithilfe der Stammzellentechnologie können sie konserviertes Hautgewebe von weißen Nashörnern in Eier und Sperma verwandeln.
Die Forschung des Instituts geht über die Herstellung von Babys hinaus. Dort arbeiten Wissenschaftler an Methoden zur genetischen Identifizierung von Fleisch von Primaten und Duikerantilopen, die illegal gejagt wurden. Und in Zukunft könnten sie ihre Sammlung nutzen, um gefährdeten Schwarzfußfrettchen die genetische Vielfalt zurückzugeben.
Eine Ausweitung dieser Bemühungen wird ein globales Netzwerk gefrorener Zoos erfordern, schreiben Oliver Ryder, Direktor des Instituts für Erhaltungsgenetik, und Co-Autor Manabu Onuma im Rahmen des Annual Review of Animal Biosciences .
Ryder, der von Anfang an am Institut war, sprach mit Knowable über die Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft des Frozen Zoos. Diese Konversation wurde aus Gründen der Länge und Klarheit bearbeitet.
Wie begann der Frozen Zoo?
Der Frozen Zoo begann 1975, als Dr. Kurt Benirschke in den San Diego Zoo kam. Der 2018 verstorbene Dr. Benirschke war an Fruchtbarkeit und Chromosomen interessiert. Die Technologie zum Einfrieren und Auftauen von Zellen mit wiederhergestellter Funktion war noch recht neu - sie wurde erstmals 1949 mit Sperma durchgeführt -, eröffnete jedoch alle Arten von Möglichkeiten. Zellkulturen einzufrieren, wiederzubeleben und mehr Zellen daraus zu züchten, um Chromosomen zu untersuchen, war ein wirklich bedeutender Fortschritt. Andere Wissenschaftler machten dies, aber hauptsächlich in der humanmedizinischen Forschung.
Dr. Benirschke war besonders an der Beschreibung der Chromosomen verschiedener Arten interessiert. Wir haben jede Gelegenheit genutzt, um eine neue Art zu sammeln. Es bestand die Gewissheit, dass die Verwendung von Zellen, die als Bank verwendet wurden, weit über das hinausging, was zu diesem Zeitpunkt in Betracht gezogen werden konnte.
Im Frozen Zoo sind solche Fläschchen die „Tiergehege“. Jedes enthält Sperma oder Zellen, die aus einem Stück Tierhaut oder anderem Gewebe gewachsen sind. Sie werden in flüssigem Stickstoff bei -321 Grad Fahrenheit gelagert und aufgetaut, wenn Forscher sie verwenden möchten. (San Diego Zoo Global) Sie haben sich 1975 auch dem Frozen Zoo angeschlossen, der damals als Zentrum für die Fortpflanzung gefährdeter Arten bezeichnet wurde. Erinnern Sie sich an das erste Tier, von dem Sie Zellen erhalten haben?
Es war ein chinesischer Muntjac, ein bellender Hirsch. Es gab einen, der eine Fraktur aufwies und von Orthopäden repariert wurde. Sie mussten es fangen und anästhesieren, um den Gipsverband zu wechseln, damit ich eine Hautbiopsie durchführen konnte.
Die bellenden Hirsche sind interessant. Es gibt sowohl chinesische als auch indische Muntjaks, und der Durchschnittsmensch würde aufgefordert werden, einen großen Unterschied zwischen den beiden zu erkennen. Während der chinesische Muntjac 46 Chromosomen aufweist, weist der indische Muntjac bei Säugetieren die niedrigste bekannte Chromosomenzahl auf: sechs bei Frauen, sieben bei Männern.
Diejenigen von uns, die an Evolution interessiert waren, wie sich Chromosomen entwickelten und wie Arten gebildet wurden, wurden von diesem so genannten „Skandal“ herausgefordert. Wir wissen jetzt, dass die Chromosomen beim Vorfahren des indischen Muntjac zusammengewachsen sind. Was diese Fusion ausgelöst hat, ist nicht bekannt, muss aber stattgefunden haben. Ein Hybrid zwischen den beiden wurde in China hergestellt; Es hatte drei große Chromosomen und 23 kleine. Es lebte, aber es konnte sich nicht vermehren.
Ein anderes Mal, 1980, erinnere ich mich an den Pathologen, der mir sagte: „Wir haben ein wirklich interessantes und seltenes Tier im Autopsieraum. Sie sollten eine Probe holen. «Und es war ein nordweißes Nashorn. Diese Probe lieferte Jahre später das Material für die erste genetische Studie zum Vergleich von nördlichen und südlichen weißen Nashörnern.
Jetzt geht es schnell in die Gegenwart, und wir haben ein ehrgeiziges genetisches Rettungsprojekt, um das Aussterben des nördlichen weißen Nashorns zu verhindern. Es hängt von den 12 Kulturen des nördlichen weißen Nashorns ab, die wir im Laufe der Jahre angelegt haben.
Wie können Sie diese Zellen verwenden, um das nördliche weiße Nashorn zu retten?
Aus diesen aufgestauten Hautproben haben wir gefrorene Zellen, sogenannte Fibroblasten. Wir tauen diese Kulturen auf und wandeln sie in sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen um. Diese können theoretisch zu fast jeder Art von Zelle im Körper werden: Sie können schlagende Herzzellen bilden, sie können Nervenzellen bilden.
Unser letztendliches Ziel ist es, die Stammzellen in Eizellen und Spermien umzuwandeln, damit wir Embryonen herstellen können. Mit anderen Worten, diese Fibroblasten können Babys bekommen.
Dies wurde an Labormäusen durchgeführt, aber noch keine andere Spezies. Bisher haben wir pluripotente Stammzellen von nördlichen weißen Nashörnern induziert. Jetzt verfeinern wir Methoden, um zu bestätigen, dass sie pluripotent sind. Es gibt ein anderes Team, das mit einer Herde weiblicher südlicher weißer Nashörner zusammenarbeitet, die wir als Ersatz verwenden wollen. Wir sind mindestens ein Jahrzehnt von einem weißen Nashornbaby entfernt, aber wir machen Fortschritte.
Wenn Sie mich 1985 gefragt hätten, ob Sie eine Zelle aus dem Gefrorenen Zoo nehmen und in ein Tier verwandeln könnten, hätte ich nein gesagt. Jetzt planen wir es hier im Labor.
Frische Eizellen (Eier) von einem südlichen weißen Nashorn gesammelt. Um das nördliche weiße Nashorn vom Aussterben abzuhalten, hoffen die Forscher des Frozen Zoos, konservierte Hautzellen des nördlichen weißen Nashorns in Eier und Sperma zu verwandeln und Embryonen in eine südliche Mutter des weißen Nashorns zu implantieren. (TB Hildebrandt et al. / Naturkommunikation 2018) Was machst du sonst noch mit Samples aus dem Frozen Zoo?
Wir sind eine ausgezeichnete Quelle für Genomprojekte. Wir haben Proben für etwa 140 Projekte zur Sequenzierung des gesamten Genoms beigesteuert.
Wir arbeiten mit dem Broad Institute in Cambridge, Massachusetts, am 200 Mammals Project zusammen, bei dem die menschliche DNA mit der von 199 anderen Säugetieren verglichen wird. Dies wird den Forschern helfen zu verstehen, welcher Kernsatz von Genen so wichtig ist, dass sie in uns und anderen Tieren erhalten geblieben sind. Und ich bin am Wirbeltiergenomprojekt beteiligt, um alle 66.000 lebenden Wirbeltierarten zu sequenzieren. Diese Genome enthüllen viele interessante Dinge über die Geschichte einer Tierpopulation, ihre Migrationsmuster und ob sie mit anderen Arten hybridisiert sind. Diese Art der genetischen Analyse wird ein erstaunliches neues Fenster für die Funktionsweise des Lebens öffnen.
In Ihrem Bericht haben Sie die Schaffung einer globalen Biobank für wild lebende Tiere erörtert. Warum ist das so wichtig?
Obwohl der San Diego Zoo seinen Frozen Zoo mit mehr als 1.000 Arten hat, ist dies ein kleiner Teil der weltweiten Artenvielfalt. Es gibt ungefähr 26.500 bedrohte Arten, die namentlich genannt wurden - und mehr, die nicht auf die Liste gesetzt wurden.
Nächstes Jahr wird es weniger Artenvielfalt geben als jetzt. Wir sollten also Bankgeschäfte tätigen, solange wir können. Es muss in verschiedenen Ländern durchgeführt werden, damit sie über ihre eigenen genetischen Ressourcen verfügen.
Sie sagten, als Sie vor 44 Jahren im Frozen Zoo ankamen, hätten Sie sich nicht vorstellen können, ganze Tiere aus Zellen zu ziehen. Welches Projekt würdest du gerne in den nächsten 44 Jahren im Frozen Zoo sehen?
Da die Populationen der Arten schrumpfen, verlieren sie auch wertvolle Versionen von Genen, die nur bei bestimmten Tieren vorhanden waren. Der Genpool wird zu einer Genpfütze. Ich stelle mir vor, dass wir in Zukunft mithilfe von Bankmaterial die genetische Variation wiederherstellen könnten.
Wie würdest du das machen?
Wir müssten Zellen in Tiere verwandeln. Sie könnten zum Beispiel ein weibliches Tier nehmen, das in freier Wildbahn lebt, und einen Embryo mit einigen nützlichen Genen in sie übertragen.
Einige könnten sagen, dass das Zurückbringen verlorener Gene oder fast ausgestorbener Arten Gott spielt.
Aber die Menschen machen das schon lange: Wir haben das Artensterben verursacht. Wir haben ihre Lebensräume unwiederbringlich verändert. Wir haben ihr Verhalten geändert. Wir haben sie vermischt. Wir haben ihre Umwelt, ihre Raubtiere, ihre Krankheiten verändert. All diese Dinge haben wir bereits getan.
Die Verwendung von Sammelproben zur Förderung der Vielfalt würde uns die Chance geben, die natürliche Welt auf positive Weise zu verändern.
Knowable Magazine ist ein unabhängiges journalistisches Unterfangen von Annual Reviews. 
