Wyścig o ocalenie aksolotla
Aksolotl, czyli Ambystoma mexicanum, jest największym survivalowcem: Kiedy aksolotl straci nogę, ogon lub kawałek serca, część ciała odrasta i nie pozostaje po niej żadna blizna. Jednak to wytrzymałe stworzenie jest na skraju wyginięcia.
Aksolotl jest również paradoksem ochrony przyrody: to ikoniczne stworzenie jest symbolem narodowym Meksyku, a ponieważ łatwo rozmnaża się w akwarium, jest ukochanym zwierzęciem domowym na całym świecie. Tak wiele aksolotli żyje w niewoli, że niektóre restauracje w Japonii podają aksolotle jako smażoną przekąskę. Wiele tysięcy aksolotli rocznie jest również wykorzystywanych do badań naukowych: Ze względu na ich cudowną zdolność do regeneracji, aksolotle są badane w laboratoriach na całym świecie. Jednak w kanałach Xochimilco wokół miasta Meksyk, jedynym pozostałym naturalnym siedlisku aksolotla, zanieczyszczenie i utrata siedlisk wodnych oznaczają, że aksolotl stał się rzadkim widokiem.
Ludzie i aksolotle od dawna mają ambiwalentne relacje. Kiedy Meksykanie, czyli Aztekowie, zasiedlili region wokół jeziora Texcoco w XIII wieku i zbudowali miasto-wyspę w środku jeziora jako swoją stolicę, aksolotl rozkwitł w i wokół skomplikowanego systemu kanałów. Nazwa zwierzęcia pochodzi od imienia azteckiego boga Xolotla, który podobno przemienił się w aksolotla, aby uniknąć złożenia go w ofierze (choć aksolotle nadal były zabijane i zjadane). W miarę jak imperium Azteków rozrastało się, rozrastała się również stolica, a jezioro kurczyło się. Wszystko, co pozostało z jeziora Texcoco, to zanieczyszczone kanały i małe jeziorka w Xochimilco, południowej dzielnicy Mexico City.
I tak jak zniknęły mokradła, zniknęły też aksolotle. Pierwsze solidne liczenie aksolotli w 1998 roku oszacowało, że na każdym kilometrze kwadratowym żyło około 6 000 zwierząt. Kiedy ekolog Luis Zambrano z Narodowego Uniwersytetu Autonomicznego Meksyku (UNAM) przeprowadził liczenie w 2015 roku, znalazł tylko 35 osobników na kilometr kwadratowy.
Ten dramatyczny spadek zagraża aksolotlowi również tam, gdzie kwitnie, w akwariach i laboratoriach na całym świecie. W 1804 r. naukowiec Alexander von Humboldt wysłał do Paryża dwa okazy zakonserwowane w alkoholu. Humboldt i inni wcześni odkrywcy już wtedy zauważyli inną osobliwość aksolotla: podczas gdy inne salamandry po osiągnięciu dojrzałości płciowej metamorfują w stworzenia lądowe, aksolotle trzymają się swoich pierzastych skrzeli i pozostają w wodzie przez całe życie. Według Stephena Jaya Goulda aksolotle to „dojrzałe płciowo kijanki.”
Aksolotle trafiły do laboratoriów, gdy francuska ekspedycja wysłała 34 sztuki do Muzeum Historii Naturalnej w Paryżu w 1863 roku. Pięć samców i jedna samica zostały przekazane francuskiemu zoologowi Auguste Dumérilowi, który zdołał je wyhodować z fantastycznym sukcesem. Duméril rozprowadził aksolotle do instytucji i osób prywatnych w całej Europie. W ciągu ostatniego stulecia hodowano je w różnych laboratoriach, dzięki czemu aksolotl jest najstarszą samowystarczalną populacją zwierząt laboratoryjnych.
Fascynujące i nieco groteskowe eksperymenty z ostatnich 150 lat przyniosły nam wiele informacji na temat zdolności aksolotla do regeneracji i leczenia. Na przykład, amputowane kończyny aksolotla regenerują się całkowicie, a nawet po wielokrotnych amputacjach są tak samo funkcjonalne, jak oryginalna kończyna. Komórki aksolotla „wiedzą”, która struktura ma się odrodzić: Kiedy ramię zostaje amputowane na poziomie barku, odrasta całe ramię. Ale kiedy ramię jest amputowane w łokciu, tylko dolna część ramienia i ręka odrastają; kiedy ramię jest amputowane w nadgarstku, tylko ręka odrasta.
Inne fundamentalne eksperymenty zagłębiały się dalej. Kiedy regenerująca się tkanka jest przeszczepiana z amputowanej lewej kończyny na amputowaną prawą i odwrotnie, aksolotl z ciekawości hoduje trzy nowe kończyny zamiast tylko jednej – dwie z nich to tak zwane „kończyny nadliczbowe”. Być może bardziej zdumiewające jest to, że aksolotle mogą otrzymywać przeszczepione głowy bez problemów z odrzuceniem.
Może to wyglądać jak notatki z laboratorium szalonego naukowca, ale (nieco groteskowe) eksperymenty, które odkryły te zdolności regeneracyjne, były podstawą do zrozumienia, jak działa regeneracja u aksolotli – i dlaczego nie działa u ssaków. U ssaków (takich jak my, ludzie) blizny tworzą się szybko i uniemożliwiają regenerację tkanek. Z drugiej strony, aksolotl potrafi naprawiać głębokie rany tkanek bez żadnych blizn. Dzieje się tak dzięki blastemie, czyli grupie komórek, które pokrywają ranę po amputacji. Podczas gdy makrofagi, rodzaj komórek odpornościowych, które pochłaniają martwe komórki, są odpowiedzialne za bliznowacenie u ssaków, naukowcy odkryli, że u aksolotla makrofagi są niezbędne do niezwykłego gojenia i regeneracji ran. Ta blastema jest również powodem, dla którego aksolotl może odtworzyć złamane (lub odcięte) serce.
Badacze skrupulatnie rozszyfrowali, w jaki sposób molekuły sterują regeneracją kończyn aksolotla, choć wiele pytań pozostaje otwartych. Ale biolodzy zajmujący się regeneracją nie ograniczają się do aksolotla; skupili się na zrozumieniu, dlaczego ssaki są tak złe w regeneracji. Dorosłe myszy i ludzie mogą regenerować opuszki palców, którą to zdolność tracą z wiekiem, co daje nadzieję, że badacze mogą w końcu obudzić nasze zdolności regeneracyjne.
Nie wiadomo jednak, jak długo badacze będą w stanie pracować z aksolotlem: Jak wiele zwierząt laboratoryjnych, są one wysoce wsobne, co może zagrozić ich przetrwaniu. Aby zmierzyć, jak mała jest pula genów, naukowcy używają „współczynnika inbredu”: identyczne bliźnięta mają współczynnik inbredu równy 100, osoby zupełnie niespokrewnione – współczynnik równy zero. Dla zdrowego wzrostu, populacja w niewoli powinna mieć współczynnik maksymalnie 12,5. Notorycznie hodowane hiszpańskie Habsburgi miały współczynnik 20; współczynnik dla aksolotli wynosi 35.
Wysoki poziom inbredu u aksolotli jest częściowo wynikiem ich historii. Aksolotle używane obecnie w laboratoriach pochodzą od pięciu osobników wysłanych do Paryża w 1863 roku. Stamtąd aksolotle były rozprowadzane po całej Europie, a później do USA, gdzie aksolotle laboratoryjne były czasami krzyżowane z aksolotlami dzikimi. Te aksolotle stanowią podstawę dla ponad 1000 dorosłych i młodych aksolotli utrzymywanych w Ambystoma Genetic Stock Center na Uniwersytecie w Kentucky, które każdego roku wysyła dziesiątki tysięcy embrionów aksolotli do laboratoriów badawczych na całym świecie. W połączeniu z malejącą liczbą osobników w środowisku naturalnym, mała pula genów wywołuje idealną burzę, która może zagrozić tym zwierzętom.
Choroba lub przypadkowy pożar mogą zniszczyć tę wrażliwą populację. Zagadkowa choroba zabija larwy aksolotla w niektórych laboratoriach, na przykład w centrum magazynowym. Rozwiązaniem byłyby nowe warianty genów, które pozwoliłyby aksolotlom przetrwać tę chorobę. Ale skąd powinny pochodzić nowe warianty genetyczne, jeśli nie z zagrożonej dzikiej populacji w jeziorze Xochimilco? Utrata populacji laboratoryjnych i dzikich byłaby znaczącym niepowodzeniem w badaniach nad regeneracją.
To byłoby niefortunne wyczucie czasu, ponieważ badania nad aksolotlami niedawno świętowały dwa przełomowe odkrycia: zastosowanie genetycznych nożyczek CRISPR/Cas9 i rozszyfrowanie genomu. Dzięki CRISPR/Cas9 naukowcy mogą precyzyjnie i łatwo modyfikować bloki budulcowe DNA u różnych zwierząt i roślin. Dopiero niedawno biolog zajmująca się regeneracją Elly Tanaka i jej zespół pokazali, jak mogą wykorzystać te nożyczki do selektywnej integracji genów w genomie aksolotla. W przeciwieństwie do innych zwierząt laboratoryjnych, takich jak mysz, zebrafish czy muszka owocowa, badacze przez długi czas nie byli w stanie specjalnie modyfikować genów aksolotla. Dzięki nożyczkom CRISPR/Cas9 biolodzy aksolotla mogą teraz oznaczać konkretne komórki kolorem i obserwować je podczas regeneracji.
Podczas gdy ludzki genom został rozszyfrowany w 2003 roku, genom aksolotla pozostawał nieuchwytny aż do początku 2018 roku. 32-gigabazowy genom aksolotla jest mniej więcej dziesięć razy większy niż genom ludzki – największy genom rozszyfrowany do tej pory. Mając dokładny kod genetyczny aksolotla w swoich rękach, badacze mogą zadawać zupełnie nowe pytania. Dlaczego aksolotl może się regenerować, podczas gdy mysz nie może? Jak zmienił się genom myszy, aby uniemożliwić regenerację? Odpowiedzi na te pytania zdefiniują strategię, która pozwoli na wywołanie regeneracji u myszy – a może i u ludzi.
Ale w jeziorze Xochimilco nie wygląda na to, aby dzika populacja aksolotla jako całość odbiła się szybko lub łatwo. Ekolog Luis Zambrano przypisuje gwałtowny spadek liczebności aksolotla dwóm podstawowym zagrożeniom: nierodzimym rybom i zanieczyszczeniu środowiska. Karpie i tilapie zostały wprowadzone do Xochimilco w latach 70. i 80. w ramach programów Organizacji Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa, jako część wysiłków mających na celu wprowadzenie większej ilości białka do lokalnej diety. Jednak te drapieżne ryby rozkwitają, wyławiając młode aksolotle.
Zambrano zmapował miejsca, w których aksolotle wciąż pozostają i przewiduje plan, w którym lokalni rybacy będą wielokrotnie odławiać te obszary, dając aksolotlom czas na ponowne osiedlenie się. Chociaż wprowadzenie aksolotli z udanych populacji laboratoryjnych może wydawać się atrakcyjnym pomysłem, Zambrano przestrzega przed tym: „Bardziej efektywne jest tworzenie sanktuariów, w których istniejące aksolotle mogą przetrwać i być może rozwijać się”, powiedział.
Zanieczyszczenia są trudniejsze do rozwiązania. Za każdym razem, gdy burza wypełnia starzejące się systemy kanalizacyjne Mexico City, przelewy z systemów oczyszczania ścieków spłukują kanały Xochimilco amoniakiem, metalami ciężkimi i innymi toksycznymi chemikaliami. Aksolotle oddychają częściowo przez swoją wysoce przepuszczalną skórę, co czyni je szczególnie podatnymi na zanieczyszczenia. Chociaż Zambrano i inni, tacy jak lokalna zoolog Virginia Graue, próbowali zwiększyć liczbę aksolotli. Jak dotąd, wysiłki ochrony nie były w stanie odwrócić spadku axolotla wokół.
W opowiadaniu Julio Cortazara z 1952 roku „Axolotl”, narrator jest zachwycony axolotlem: „Oczy axolotla mówiły mi o obecności innego życia, o innym sposobie widzenia. Przyklejając twarz do szyby (strażnik od czasu do czasu kaszlał marudnie), próbowałem lepiej zobaczyć te maleńkie złote punkciki, wejście do nieskończenie powolnego i odległego świata tych różowych stworzeń.” Jeśli działania ochronne nie zostaną zintensyfikowane, ten odległy świat może zostać utracony na zawsze.