Badanie zapewnia lepszy wgląd w przeplatające się historie ewolucyjne niedźwiedzi polarnych i brunatnych — UB Now: wiadomości i opinie wydziałów i pracowników UB

Nowe badanie dostarcza lepszego spojrzenia na przeplatające się historie ewolucyjne niedźwiedzi polarnych i brunatnych.

Przekształcenie się w zupełnie odrębne gatunki nie przeszkodziło tym zwierzętom w krzyżowaniu się ze sobą. Naukowcy wiedzą o tym od jakiegoś czasu, ale nowe badania opierają się na obszernym zestawie danych – w tym DNA ze starożytnego zęba niedźwiedzia polarnego – aby wydobyć więcej szczegółów.

Historia, która się wyłania, ujawnia złożoność podobną do historii ewolucji człowieka.

„Tworzenie i ochrona gatunków może być trudnym procesem”, mówi Charlotte Lindqvist, profesor nadzwyczajny nauk biologicznych w College of Arts and Sciences oraz ekspert w dziedzinie genetyki niedźwiedzi. „To, co stało się z niedźwiedziami polarnymi i brunatnymi, jest eleganckim odpowiednikiem tego, czego dowiadujemy się o ewolucji człowieka: ten podział gatunkowy może być niepełny.

„Ponieważ coraz więcej starożytnych genomów jest odzyskiwanych ze starożytnych grup ludzkich, w tym neandertalczyków i denisowian, widzimy wielokierunkowe domieszki genetyczne, ponieważ różne grupy starożytnych ludzi krzyżują się z przodkami współczesnych ludzi. Niedźwiedzie polarne i brunatne to kolejny system gdzie widzisz, że to się dzieje.

„Znaleźliśmy dowody na krzyżowanie się niedźwiedzi polarnych i brunatnych, które były starsze niż badane przez nas starożytne niedźwiedzie polarne” – mówi. Co więcej, nasze wyniki pokazują złożoną i splecioną historię ewolucyjną między niedźwiedziami brunatnymi i polarnymi, z główną orientacją przepływu genów do niedźwiedzi polarnych z niedźwiedzi brunatnych. Odzwierciedla to hipotezę wysuniętą przez innych badaczy, że przepływ genów był jednokierunkowy i przechodził w niedźwiedzie brunatne w okolicach szczytu ostatniej epoki lodowcowej. „

Badanie zostało opublikowane 6 czerwca w Proceedings of the National Academy of Sciences. Prowadził go Lindqvist. Luis Herrera Estrella z National Laboratory of Genomics for Biodiversity (LANGEBIO) w Meksyku i Texas Tech University; i Kali Lipala na Uniwersytecie w Oulu w Finlandii. Tianying Lan, były badacz podoktorancki na Uniwersytecie w Buffalo, obecnie w Daissel Arbor Biosciences, był współautorem z LeBala.

Koncepcja adaptacyjnych niedźwiedzi polarnych w Arktyce, wychwytujących materiał genetyczny niedźwiedzi brunatnych, przystosowujących się do życia na niskich szerokościach geograficznych, jest jednym z kilku odkryć, które mogą potencjalnie zainteresować naukowców zainteresowanych wpływem zmian klimatycznych na zagrożone gatunki.

Wraz z ocieplaniem się świata i zmniejszaniem się lodu morskiego w Arktyce, niedźwiedzie polarne i brunatne mogą zderzać się ze sobą częściej w miejscach, gdzie ich zasięgi się pokrywają. To sprawia, że ​​ich wspólna historia ewolucyjna jest szczególnie interesującym tematem do badań, mówi Lindqvist.

Jak wyjaśnia Lindqvist, naukowcy wierzyli kiedyś, że współcześni ludzie i neandertalczycy po prostu podzielili się na odrębne gatunki po wyewoluowaniu ze wspólnego przodka. Następnie naukowcy odkryli DNA neandertalczyka u współczesnych ludów euroazjatyckich, co oznacza, że ​​współcześni ludzie otrzymali przepływ genów od neandertalczyków w pewnym momencie ich wspólnej historii ewolucyjnej, mówi.

Dopiero później, dodaje Lindqvist, naukowcy zdali sobie sprawę, że ta domieszka genetyczna uzupełniła również populacje neandertalczyków o geny współczesnego człowieka. Innymi słowy, hybrydyzacja może być złożona i niekoniecznie jednokierunkowa, mówi.

Nowe badanie niedźwiedzi opowiada niezwykle podobną historię: naukowcy twierdzą, że analiza znajduje dowody na hybrydyzację zarówno w genomie niedźwiedzia polarnego, jak i niedźwiedzia brunatnego, przy czym niedźwiedzie polarne mają w szczególności silną sygnaturę przepływu DNA z niedźwiedzi brunatnych. Lindqvist mówi, że poprzednie badania sugerowały tylko odwrotny wzór.

„To ekscytujące, w jaki sposób DNA może pomóc w ujawnieniu historii starożytnego życia. Kierunek przepływu genów jest trudniejszy do określenia niż tylko jego obecność, ale te wzorce są niezbędne do zrozumienia, w jaki sposób przeszły adaptacje między gatunkami, aby dać współczesnym zwierzętom ich obecne cechy ”, mówi Lebala, badacz z tytułem doktora w Jednostce Badawczej Nauk Matematycznych Uniwersytetu. Oulu.

Herrera Estrella, wybitny profesor katedry genomiki roślin i dyrektor Instytutu Genomiki dla upraw odpornych na stres abiotyczny w Departamencie Technologii dla Roślin i Nauk o Glebie w Teksasie. Jest również emerytowanym profesorem LANGEBIO. „Niedźwiedzie nie dostarczają prostszych historii o specjacji niż ewolucja człowieka. Te nowe badania genetyczne sugerują, że grupy gatunków ssaków mogą ukrywać złożone historie ewolucyjne”.

W badaniu przeanalizowano genomy 64 współczesnych niedźwiedzi polarnych i brunatnych, w tym kilka nowych z Alaski, stanu, w którym znaleziono oba gatunki.

Zespół wyprodukował również nowy, bardziej kompletny genom niedźwiedzia polarnego, który żył 115 000 do 130 000 lat temu na norweskim archipelagu Svalbard. DNA starożytnego niedźwiedzia polarnego zostało pobrane z zęba przyczepionego do kości szczęki skamieniałości, która obecnie znajduje się w Muzeum Historii Naturalnej Uniwersytetu w Oslo.

Korzystając z tego zestawu danych, naukowcy szacują, że niedźwiedzie polarne i brunatne zaczęły przekształcać się w dwa różne gatunki około 1,3 do 1,6 miliona lat temu, aktualizując wcześniejsze oceny niektórych z tych samych naukowców. Wiek rozłamu był i pozostaje tematem debaty naukowej, a przeszłe krzyżowanie się i ograniczone dowody kopalne pradawnych niedźwiedzi polarnych są czynnikami utrudniającymi wyczucie czasu, mówi Lindqvist.

Nowe badanie wykazało, że w każdym razie po tym, jak niedźwiedzie polarne stały się odrębnym gatunkiem, doświadczyły znacznego spadku liczebności i długotrwałego uduszenia genetycznego, pozostawiając te niedźwiedzie o znacznie mniejszej różnorodności genetycznej niż niedźwiedzie brunatne. Wyniki potwierdzają wcześniejsze badania wskazujące na te same trendy i dodają dowody na poparcie tej hipotezy.

W połączeniu z analizą przepływu genów odkrycia te dostarczają nowego wglądu w chaotyczną i splecioną historię ewolucyjną niedźwiedzi polarnych i brunatnych.

Międzynarodowy zespół badawczy obejmował naukowców z UB, LANGEBIO, Texas Tech, University of Oulu, Far Northwestern Institute of Arts and Sciences, Alaska Department of Fish and Game, Muzeum Historii Naturalnej Uniwersytetu w Oslo, Nanyang Technological University, University of Helsinki i Aarhus University .

Badania zostały sfinansowane przez National Fish and Wildlife Service, US National Science Foundation, Alaska Department of Fish and Game oraz US Geological Survey.