Новости и мнения

Доисторическое прошлое полярного медведя

Геномный анализ показывает, что белый медведь эволюционировал от 4 до 5 миллионов лет назад, гораздо раньше, чем предполагали предыдущие исследования.

Белый медведь стал символом угрожаемой дикой природы, и его будущее в потеплении мира вызвало много споров. Прошлый хищник столь же спорно. В последние годы эволюционная история белых медведей неоднократно переписывалась, что осложняется неполной записью окаменелостей и историей гибридизации с бурыми медведями, а новое исследование, опубликованное сегодня в Слушаниях Национальной академии наук , продолжает тенденцию ,

Исследователи из Университета штата Пенсильвания завершили самое обширное исследование геномов белых медведей на сегодняшний день. Сравнивая его ДНК с ДНК бурых и черных медведей, команда подсчитала, что белые медведи возникли между 4 и 5 миллионами лет назад, что делает их намного старше, чем кто-либо подозревал. И их гены несут отпечатки повторного скрещивания с бурыми медведями в течение большей части этой истории.

Команда также начала документировать генетические изменения, которые позволили белым медведям адаптироваться к жизни в условиях холода. «Наши данные дают нам … первый взгляд на то, что делает белого медведя белым медведем», – сказала соавтор Шарлотта Линдквист.

Еще в 2010 году Линдквист и ее коллеги рассказывали другую историю. Основываясь на анализе митохондриальной ДНК белого медведя, они пришли к выводу, что происхождение белого медведя находилось в генеалогическом древе бурого медведя, и утвердилось между 111 000 и 166 000 лет назад . Окаменелости поддержали эту идею: самый старый образец белого медведя – норвежская челюсть, собранная в 2008 году – датируется 110 000–130 000 лет назад.

Это говорит о том, что белые медведи приспособились к жизни в Арктике с удивительной скоростью. Но Фрэнк Хейлер и Аксель Янке из Центра исследований биоразнообразия и климата во Франкфурте нашли доказательства более спокойной эволюции. Ранее в этом году они проанализировали 14 мест в ядерном геноме белых, бурых и черных медведей и обнаружили, что полярные и бурые медведи являются родственными группами, которые разошлись примерно 600 000 лет назад.

Теперь тщательное секвенирование генома ядерных геномов белого медведя, трех бурых медведей и американского черного медведя – обнаружение каждой буквы ДНК от 25 до 100 раз – отодвигает эту оценку еще больше, оценивая, что белые медведи и бурые медведи разделяют некоторые 4-5 миллионов лет назад, вскоре после того, как бурые медведи сами отошли от черных медведей. Меньшее углубление последовательности еще 22 живых белых медведей и древней норвежской челюсти также подтверждают эту оценку.

Однако Янке не убежден в новой дате. Раскол из бурых медведей, который давно «предшествует формированию обширных ледяных щитов и арктической ледяной шапки», сказал он, подразумевая, что у исконных полярных медведей не было бы особой среды обитания, которая отделяла бы их от бурых медведей.

Он также добавил: «Метод оценки этого расслоения зависит от многочисленных оценок, которые невозможно точно знать». К ним относятся размер популяций древних медведей, которые могут быть получены только из компьютерного моделирования, и скорость изменения их генов. , что исследование на основе частоты мутаций у приматов. «Лучший анализ и модели в будущем дадут более точную цифру», – сказал Янке. Но, добавил Линдквист, «даже если точная дата может измениться в будущем, я считаю, что мы близки к правильному графику».

Между тем, новое исследование раскрывает другие грани прошлого белого медведя. Команда нашла более 1300 сайтов в своем геноме, которые отличаются от бурых медведей больше, чем ожидалось, предполагая, что отбор заставил эти сайты развиваться быстрее, чем остальная часть генома. Они включают гены, такие как DAG1, который участвует в росте мышц; BTN1A1, который влияет на количество жира в грудном молоке; и EDNRB и TRPM1, которые контролируют цвет кожи и волос млекопитающих. Изменения в этих генах могли бы помочь белым медведям сохранить сильные мышцы в холодных условиях, обеспечить их детенышей жирной изоляцией от арктического холода и развить белый замаскированный мех.

Если команда Линдквиста права, эти изменения накапливались в течение длительного периода времени, включая несколько климатических потрясений. Включив геномы медведей в компьютерное моделирование, команда подсчитала, что популяции белого медведя отслеживали изменение климата в течение миллионов лет: их численность сокращалась в теплое тысячелетие, но приходила в норму от небольших популяций, которые вырубали его в более холодных убежищах. Совсем недавно, в течение последних 500 000 лет, медведи пережили длительный и резкий спад, что может объяснить, почему их генетическое разнообразие сегодня так низко. «Мы не можем заглянуть в будущее и рассказать о судьбе белых медведей, – сказал Линдквист, – но мы надеемся, что более глубокое понимание их прошлого поможет нам предсказать, как они могут отреагировать на будущие изменения».

Более теплый климат может привести к более частому контакту белых и бурых медведей, создавая для них возможности для спаривания. Действительно, их геномы показывают, что такое скрещивание было распространено в прошлом, поскольку оба вида содержат гены, которые возникли в другом. Например, некоторые бурые медведи с юго-востока Аляски унаследовали от 5 до 11 процентов своего генома от белых медведей, в то время как некоторые белые медведи делят до 20 процентов своих генов с бурыми медведями.

Изменяющаяся эволюционная история белого медведя отражает наше понимание нашего собственного происхождения. До недавнего времени доминирующий отчет о человеческой эволюции говорил, что наши предки вышли из Африки и заменили всех других ранних людей, таких как неандертальцы, не спариваясь с ними. Митохондриальный геном неандертальца, казалось, подтвердил эту идею, но полный ядерный геном неандертальца обнаружил явные признаки скрещивания. Теперь мы знаем, что от 1 до 4 процентов европейских и азиатских геномов происходят от неандертальцев.

«Это захватывающее время, когда все больше и больше данных в масштабе генома будут доступны для многих других видов», – сказал Линдквист. «Я предполагаю, что мы увидим, что процесс видообразования намного сложнее, чем простые раздвоенные расщепления предков. Гибридизация будет играть важную роль, возможно, как ответ на изменение окружающей среды ».

W. Miller и др., «Геномы полярного и бурого медведя обнаруживают древние примеси и демографические следы прошлых изменений климата», Труды Национальной академии наук , doi: 10.1073 / pnas.1210506109, 2012.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *