Quá Trình Loại Bỏ năm 2025

Karl Campbell là một nghệ nhân đau đầu với những công cụ kém chất lượng. Ông là một người Úc trung niên, vừa vặn với chiều cao trung bình, cơ bắp, với bộ râu năm ngày và ánh nhìn sắc sảo, dường như luôn căng trước, thậm chí là giận dữ khi nghỉ ngơi. Anh ấy chỉ mỉm cười và thư giãn khi cơ thể anh ấy đang trong chuyển động—ít nhất là khi sửa chữa cái gì đó, xây dựng cái gì đó hoặc tiêu diệt cái gì đó.

Nghệ thuật của ông—và sứ mệnh của ông—là cứu sống nhiều loài động vật nguy cơ tuyệt chủng nhất có thể, theo cách mà anh ấy coi là hiệu quả nhất. Đó là một công việc vất vả, trong đó ông tạo ra sự sống từ cái chết, ngăn chặn thảm họa của tuyệt chủng không thể đảo ngược với một đợt sóng máu. Anh ấy tiêu diệt dê, chuột và các loài động vật do con người giới thiệu gây nguy hiểm cho các loài động vật quý hiếm trên đảo, nhưng công cụ của anh—bẫy, súng trường xa, và chất độc hại—đều là những phương tiện tàn bạo, chỉ có thể triển khai trên quy mô nhỏ và hoàn toàn không chọn lọc. Để loại bỏ chuột ví dụ, từ một hệ sinh thái đòi hỏi một cái búa đập lên nhiều loài.

Sinh thái học là phức tạp, ngay cả trên các hòn đảo nhỏ, và mọi thứ không luôn diễn ra theo kế hoạch. Ví dụ, vào năm 2012, Campbell, người làm việc cho tổ chức có tên Conservation Island, đã giúp tập kết 60 con diều hâu Galapagos sống trên đảo Pinzón, một mẩu núi lửa dốc trong chuỗi đảo Galapagos, để chúng không ăn chuột mà Campbell đang chuẩn bị đầu độc. Nhưng khi những loài chim săn hiếm hoi được thả trở lại tự nhiên sau vài tuần, chúng bắt đầu rơi như mưa. Hóa ra chất độc hại ẩn trong các con thằn lằn lava—mồi của diều hâu.

Campbell đang chuẩn bị cho một chiến thuật nguy hiểm hơn: sử dụng một loại chất độc mạnh mẽ để tiêu diệt hoàn toàn chuột trên một hòn đảo Galapagos có diện tích 70 dặm vuông được gọi là Floreana. Đảo này trước đây là nhà của một loài chim màu nâu sô cô la với đuôi phong cách được gọi là Floreana mockingbird, nhưng chuột ăn trứng và chim non của nó, vì vậy chim chỉ còn lại trên vài hòn đảo. Khi chuột biến mất, mockingbird có thể được mang trở lại nơi mà nó được đặt tên. Sự tiêu diệt chuột sẽ được thực hiện bằng cách ném bom chất độc mạnh: Khoảng 300 tấn ngũ cốc độc hại sẽ được đổ từ trực thăng, đủ để tiêu diệt mọi con chuột trên đảo. Vấn đề là có 150 người và đàn gia súc sống trên Floreana.

Vào một thứ Hai mát mẻ và nắng mưa tháng Tám năm ngoái, Campbell và tôi nhảy vào chiếc Toyota Land Cruiser của một nông dân địa phương đầy vết nứt và hướng về vùng cao nguyên của Floreana. Chuột cũng không phải là bạn của nông dân, và Campbell chỉ vào một số cây ngô trong cánh đồng của Claudio Cruz đã bị mòn mất bởi răng nhọn của loài gặm nhấm. Cruz đã xếp hai container màu đỏ tươi lên các khối—một món quà từ Island Conservation, một cái ông tự mua. Chúng sẽ được sử dụng để lưu trữ thức ăn không bị ô nhiễm khi chất độc được đưa ra, dự kiến vào năm 2020. Island Conservation cũng sẽ xây dựng chuồng, chuồng, và chuồng cho gà, lợn và ngựa của đảo. Họ sẽ mua những con lợn trinh nữ sẽ sống ngoài chuồng và bị giết sau một khoảng thời gian để gan của chúng có thể được kiểm tra chất độc. Những con lợn khác sẽ không thể xuất hiện cho đến khi gan của những con lợn trinh nữ được xác định rõ. Điều này có thể mất ba năm. Phụ huynh sẽ phải giữ một sự chú ý sát sao đối với trẻ nhỏ tránh ăn ngũ cốc từ đất. Cả trăm động vật bản địa—có thể bao gồm cú và dải cánh ngắn—sẽ bị bắt giữ và giữ trong các lồng chim trên và ngoài đảo. Campbell kỳ vọng sẽ mất 10 năm và 26 triệu đô la để làm sạch hòn đảo nhỏ này khỏi chuột.

Tất cả điều này là lý do tại sao Campbell đã bắt đầu thúc đẩy nghiên cứu về một công cụ chính xác và hiệu quả hơn—một công cụ mà bạn có thể không liên kết với những người bảo vệ thiên nhiên. Những máy gen tự tái tạo tổng hợp được gọi là gene drives có thể một ngày nào đó thay đổi không chỉ một gen hoặc một con chuột hoặc thậm chí là một dân số của chuột mà là toàn bộ một loài—chuột, muỗi, ve, hoặc bất kỳ sinh vật nào khác. Và công nghệ sinh học này hứa hẹn loại bỏ những loài động vật phá hủy này mà không cần một giọt máu nào. Vì vậy, trong vài năm qua, Campbell đã chia thời gian của mình giữa việc tiêu diệt theo cách cũ và du lịch khắp thế giới để giới thiệu phương pháp gene drive cho các nhà sinh thái học, đạo đức học và những nhà tài trợ tiềm năng. Anh ấy không phải là người đơn độc trong niềm phấn khích của mình. Từ cơ quan nghiên cứu quân đội của Hoa Kỳ đến Quỹ Gates và chính phủ New Zealand, tất cả đều đang tìm kiếm gene drives như là những giải pháp có thể cho các vấn đề lớn (sốt rét, bệnh Lyme, tuyệt chủng loài). Nhưng các phương pháp cũng mang theo mối đe dọa về việc phát loại một vấn đề khác: Chúng có thể thay đổi loài, dân số và hệ sinh thái một cách không đúng và không thể ngừng.

Khi Linda Cayot, người phối hợp dự án cho một chương trình phục hồi có trụ sở tại Galapagos có tên là Dự án Isabela, chọn Campbell làm thực tập viên cho tổ chức vào cuối những năm 1990, cô nhớ rằng một trong những phẩm chất của ông là một "độ khó khăn kiểu quân đội". Campbell đã học cách sử dụng súng và sửa chữa xe hơi trong Dự bị Quân đội Australia. Anh ấy đã dành vài tuần tình nguyện để bắt và bắt giữ những kẻ săn lợn lốc ở Malawi. Anh ấy hoàn toàn phù hợp với những yêu cầu của công việc trên các đảo: Một lần anh ấy cắt nát ngón tay và có một người bạn đến để may vá ngón tay của anh ấy ngay tại hiện trường; một lần khác, anh ấy trở về từ chuyến thăm một ngọn núi lửa xa xôi với hầu hết làn da trên chân bong tróc. Anh ấy không phiền đến việc nói lên điều đó.

Sau đó, vào năm 2011, Campbell tình cờ phát hiện ra một ý tưởng mà mùi của nó giống như đổi mới chuyển đổi mà ông đã tìm kiếm.

Một nhà côn trùng tại Đại học North Carolina có tên Fred Gould đã viết một bài báo cho rằng các kỹ thuật kỹ thuật gen đã được sử dụng với côn trùng sẽ rất hữu ích khi triển khai cho các loài gây phiền toái khác như loài gặm nhấm. (Ngoài việc làm loài đảo chết, chuột và thỏ ăn đủ lượng gạo mỗi năm để nuôi 180 triệu người, và chúng truyền bệnh Lyme và hantavirus.) Các nhà khoa học có thể sử dụng kỹ thuật kỹ thuật gen để ưa thích một số đặc điểm nhất định, Gould chỉ ra, và đẩy chúng qua các quần thể hoang dã. Thông thường, đối với mỗi gene cụ thể có các loại khác nhau, một con cháu có 50 phần trăm khả năng thừa kế phiên bản của mẹ và 50 phần trăm khả năng thừa kế phiên bản của cha. Nhưng một số gene đã tiến hóa tự nhiên một cách để lừa đảo hệ thống này—nếu một phụ huynh có gene thì một con cháu có khả năng thừa kế phiên bản đó gần như là 100 phần trăm. Mã cheat bí ẩn đó được gọi là gene drive, và nếu các nhà khoa học có thể kỹ thuật gen tổng hợp một gene drive, họ có thể lan truyền một đặc điểm mong muốn qua một quần thể và xuống qua các thế hệ. Để diệt chuột trên một hòn đảo, bạn có thể đẩy một gene cho sự vô sinh mà sẽ làm cho dân số suy giảm khi đạt đến một mức độ phổ biến nhất định—không cần thuốc độc hại. Những chú gặm nhấm sẽ đơn giản mờ nhạt đi, như các lãnh chúa không có người thừa kế.

Campbell tự mình mời mình đến thăm phòng thí nghiệm của Gould tại Raleigh. Như bạn làm, Gould lật mở internet để tìm hiểu về Campbell. “Tôi chỉ là sốc”, Gould nói. “Nếu bạn nhìn vào trang web Bảo tồn Đảo, nó hoàn toàn rừng xanh.” Nhiều người yêu môi trường đam mê phản đối kỹ thuật gen. Gould hỏi Campbell, “Bạn có biết mình đang làm gì không?”

Campbell biết. Nhưng ông không quan tâm rằng những người bảo tồn khác coi kỹ thuật gen là quá rủi ro để thử nghiệm và quá không tự nhiên để chấp nhận. Ông muốn ngăn chặn tuyệt chủng. Gould thích tính thực dụng của người đàn ông này.

Ý tưởng của Gould chỉ là lý thuyết. Nhưng vào năm 2012, triển vọng biến ý tưởng thành hiện thực đột ngột trở nên tốt hơn rất nhiều với sự phát hiện của kỹ thuật Crispr, một cách mới để chỉnh sửa gen nhanh chóng, rẻ tiền và chính xác. Với Crispr, bất kỳ chuỗi DNA nào cũng có thể được cắt và dán chính xác vào bất kỳ vị trí nào trong bất kỳ gen nào.

Khoảng hai năm sau đó, Kevin Esvelt, một nhà di truyền học khi đó làm việc tại Đại học Harvard, kết hợp gene drive và Crispr. Thay vì đâm một chiếc ống thủy tinh to đùng đầy DNA tổng hợp vào mỗi hữu cơ mà bạn muốn thay đổi, bạn chỉ cần làm một lần, với một gene drive mã hóa không chỉ gen bạn muốn (hoặc vô hiệu hóa gen bạn không muốn) mà còn là hướng dẫn để thực hiện cùng một thao tác với kỹ thuật Crispr trong gen khác. Vì vậy, khi hữu cơ đã được thay đổi gặp nhau, nó hoạt động, kỹ thuật gen hóa được kế thừa từ đối tác cũng vậy. Điều này đảm bảo rằng con cháu có sự thay đổi mong muốn, cộng với hướng dẫn để thực hiện sự thay đổi mong muốn.

Khi con cháu trưởng thành và gặp nhau, quy trình lặp lại. Trong một gene drive "toàn cầu" hoàn hảo, 100 phần trăm con cháu mang gene drive chứa đặc điểm mong muốn.

Khả năng này là một điều mê hoặc cho bảo tồn. Bạn có thể bắt đầu nghĩ lớn hơn rất nhiều so với Floreana: đảo Santa Cruz thuộc quần đảo Galapagos, với 12.000 người. Hoặc, chết đi, Úc—quê hương của Campbell, một hòn đảo khổng lồ với hàng chục loài đang nguy cơ tuyệt chủng chủ yếu do mèo và cáo được giới thiệu. Bạn có thể sửa chữa mọi hòn đảo trên thế giới.

Ý tưởng sử dụng gene drive để cứu rỗi các loài bắt đầu nhí nhố. Campbell giúp tổ chức những người từ Tổ chức Bảo tồn Đảo và các nghiên cứu viên ở Hoa Kỳ, Úc và New Zealand, cũng như Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, để nghiên cứu phương pháp này. Nhóm hình thành thành chương trình Kiểm soát Sinh học Gen của Gặm nhấm Quấy rối xâm lược, hay GBIRd. Tháng 6 năm 2016, Paul Thomas, một nhà di truyền học chuột từ Đại học Adelaide, Australia, đến thăm Gould ở Bắc Carolina và trở nên hứng khởi. Thomas cảm thấy phòng thí nghiệm của mình có thể là nơi để tìm ra cách làm cho gene drive tổng hợp hoạt động trên loài gặm nhấm. Nếu anh ấy có thể thành công với chuột thí nghiệm, anh ấy có thể thành công với chuột và thỏ hoang dã ăn trứng và con non của các loài hiếm trên các đảo. Thomas tham gia GBIRd.

Khi tôi thăm phòng thí nghiệm của Paul Thomas ở Adelaide vào tháng 8, tôi đi cùng với một sinh viên cao cấp tên Chandran Pfitzner đến các phòng chuột. Trước khi vào, chúng tôi mặc bộ đồ màu xanh lam, đội mũ bảo hộ và khẩu trang. Pfitzner xịt chất sát trùng lên sổ tay của tôi và dẫn tôi xuống một lối đi ấm áp, êm dịu đến một phòng đầy hộp chuột bằng plexiglass trên giá đựng. Các phòng khá im lặng, gần như nín bớt, với âm thanh duy nhất của động vật đào và gặm nhấm. Chuột nghiên cứu nhỏ và có mùi như bụi cưa ngọt và muối. Pfitzner, kiểm tra ghi chú trên màn hình vỡ của điện thoại di động, nâng lên một con bằng đuôi, nắm một cái đục nhỏ, và lóng lánh cắt một vòng nhỏ trên tai nó. Chuột không kêu một tiếng.

Chuột này được tạo ra ở một tòa nhà khác trên khuôn viên. Ở đó, một quả trứng được đâm bằng một chiếc ống thủy tinh và tiêm các thành phần cần thiết để ghi đè lên cơ hội thừa kế ngẫu nhiên: “kéo” phân tử được sử dụng trong kỹ thuật Crispr, một phân tử hướng dẫn nó nơi phải cắt, và một người khuyến khích để kích hoạt “kéo” ở các mô phù hợp (xem “Làm thế nào để giết chết một loài, một cách tốt lành”). Trong trường hợp này, gene Crispr được cắt không phải là để vô sinh mà là để màu lông. Ý tưởng là làm cho gene drive tổng hợp hoạt động trước cho một đặc điểm mà có thể kiểm tra kết quả chỉ nhìn một cái. Nếu gene drive hoạt động, chuột sẽ là albinô. Thay vào đó, nó là một màu nâu hơi đẹp. Pfitzner đặt chuột trở lại hộp.

Sau khi chúng tôi rời phòng chuột và cởi bỏ đồ bảo hộ, Pfitzner đặt mảnh da tai nhỏ dưới kính hiển vi. Anh ấy muốn xem liệu các yếu tố của gene drive có đúng đắn hay không. Các nhà khoa học cũng đã chèn protein phát quang gần “kéo” và các thành phần khác, và thịt chuột phát sáng với hai màu, đỏ maraschino-cherry và một màu xanh neon, dưới một kính hiển vi huỳnh quang ngược. Tất cả các thành phần đều có mặt, nhưng lông màu nâu chứng minh rằng các yếu tố không hoạt động.

Chủ đề về 30 con chuột, Thomas và Pfitzner đã thu được ba con chuột màu xám đậm với các đốm và vệt màu trắng, cho thấy rằng phương pháp đã hoạt động trong một số tế bào, nhưng không phải tất cả. “Đó là những ngày đầu tiên,” Thomas nói, nhìn chằm chằm vào một bức tranh của một con chuột mảnh ghép mà anh in ra cho tôi. Khoa học là một cuộc hành trình dài, nhưng Thomas không nghi ngờ đội ngũ của mình sẽ giải mã mã gen. Chỉ là vấn đề thời gian. Anh ta mong đợi rằng phương pháp di truyền màu lông của mình sẽ hoạt động trong phòng thí nghiệm vào khoảng năm 2020, và sau đó sẽ có một phương pháp có thể làm tăng cường sự vô sinh ngắn hạn.

Thomas và một số đồng nghiệp trong toán ứng dụng đã mô phỏng thời gian mà nó sẽ mất để tiêu diệt một quần thể chuột đảo nhỏ có 50,000 con bằng cách giới thiệu chỉ 100 con chuột được kỹ thuật gen vô sinh. Câu trả lời là dưới năm năm.

Trong con chuột nhỏ có tai bị đánh đốn, đó là hạt giống của một khả năng chưa từng có—rằng con người không chỉ có thể thay đổi một số con chuột trong một phòng thí nghiệm ở Úc mà còn có thể thay đổi vĩnh viễn tất cả các con chuột trên khắp mọi nơi. Con chuột nhỏ có trọng lượng 30 gram dự báo một loại quyền lực đối với thiên nhiên chúng ta chưa bao giờ có: khả năng chỉnh sửa—hoặc xóa—toàn bộ các loài.

Tiềm năng này có nghĩa là Thomas đang thận trọng đặc biệt. Anh ta hiểu rằng điều này có thể nguy hiểm cho môi trường—và chắc chắn sẽ nguy hiểm cho quan hệ công chúng—nếu một con chuột có xu hướng albinism hoặc vô sinh thoát ra khỏi hộp kính nhựa của nó và bắt đầu giao phối với quần thể chuột tự do. Vì vậy, điều đầu tiên anh ta làm là tạo ra một dòng chuột dành riêng cho những thí nghiệm này. Gene vô sinh của Thomas chỉ sẽ kích hoạt khi có mặt một đoạn DNA vi khuẩn duy nhất đã được kỹ thuật vào con chuột bị đánh đốn và các đồng đội của nó. Như vậy, nếu một trong những con chuột nhỏ này trốn ra ngoại ô xung quanh Adelaide và giao phối với một con chuột nhà, gene vô sinh sẽ không kích hoạt.