Analiza starożytnego DNA 100 000-letniego niedźwiedzia polarnego wykazała, że podczas ostatniego ciepłego okresu interglacjalnego w plejstocenie doszło do intensywnej hybrydyzacji niedźwiedzi polarnych i brunatnych, pozostawiając zaskakującą liczbę przodków niedźwiedzi polarnych w genomach wszystkich żyjących brązowe niedźwiedzie.
Badanie, prowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, zostało opublikowane 16 czerwca w Nature Ecology & Evolution. Naukowcy uzyskali starożytne DNA z czaszki młodocianego niedźwiedzia polarnego znalezionego w 2009 roku na wybrzeżu Morza Beauforta na Arktycznej Alasce. Naukowcy nazwali niedźwiedzia „Bruno”, chociaż analiza DNA wykazała później, że jest to samica.
„Dostępność paleogenomu Bruno umożliwiła wykrycie starożytnego zdarzenia domieszki, które wpłynęło na wszystkie żyjące niedźwiedzie brunatne” – powiedział pierwszy autor Ming-Shan Wang, naukowiec podoktorancki w UCSC Paleogenomics Lab.
Korespondująca autorka Beth Shapiro, profesor ekologii i biologii ewolucyjnej na UC Santa Cruz oraz badacz z Howard Hughes Medical Institute, powiedziała, że analizy genomowe zespołu pokazują, że Bruno należał do populacji niedźwiedzi polarnych, która była przodkiem żyjących niedźwiedzi polarnych. W pewnym momencie, prawdopodobnie po około 125 000 lat temu, powiedziała, że rodowód niedźwiedzi polarnych prowadzący do Bruno i rodowód niedźwiedzi brunatnych, prowadzący do wszystkich żyjących niedźwiedzi brunatnych, skrzyżowały się i hybrydyzowały.
W wyniku tej pradawnej domieszki pochodzenie niedźwiedzi polarnych stanowi aż 10% genomów żyjących dzisiaj niedźwiedzi brunatnych. „Nigdy nie zobaczylibyśmy tego bez genomu Bruno, ponieważ wszystkie żyjące niedźwiedzie brunatne mają tę domieszkę jako część swojego genomu” – powiedział Shapiro.
Chociaż niedźwiedzie polarne i brunatne są odrębnymi gatunkami o uderzających różnicach w wyglądzie, zachowaniu i siedliskach, są blisko spokrewnione i mogą łatwo hybrydyzować, gdy ich zasięgi się pokrywają. Liczba mieszańców wzrosła w ostatnich latach, gdy klimat się ociepla, a zanikający lód morski zmusza niedźwiedzie polarne do przybrzeżnych obszarów Arktyki, podczas gdy niedźwiedzie brunatne rozszerzają swój zasięg na północ.
Wcześniejsze badania starożytnego DNA wykazały, że domieszki występowały w niektórych populacjach niedźwiedzi brunatnych co najmniej cztery razy między około 15 000 a 25 000 lat temu. We wszystkich przypadkach kierunek przepływu genów był od niedźwiedzi polarnych do niedźwiedzi brunatnych.
„Osoby zmieszane, jeśli przeżyją, robią to jak niedźwiedzie brunatne, być może dlatego, że mają trudności z udanym polowaniem na lodzie morskim, jeśli nie są całkowicie białe” – wyjaśnił Shapiro. „Niedźwiedzie polarne zawsze stanowiły niewielką populację o niewielkiej różnorodności genetycznej”.
W nowych badaniach znaleziono dowody na możliwy przepływ genów z niedźwiedzi brunatnych do linii Bruno, ale brak domieszek u niedźwiedzi polarnych potwierdza tezę, że pochodzenie niedźwiedzia brunatnego zmniejsza jego zdolność do życia jako niedźwiedzia polarnego. Po oddzieleniu się od niedźwiedzi brunatnych około 500 000 lat temu, niedźwiedzie polarne przekształciły się w wysoce wyspecjalizowanych łowców ssaków morskich na arktycznym lodzie morskim. Z kolei niedźwiedzie brunatne to generaliści zajmujący się szeroko pojętą Ameryką Północną, Europą i Azją.
Bruno żył w czasie zmieniającego się klimatu po szczycie ciepłego okresu interglacjalnego, kiedy temperatury i poziomy mórz były znacznie wyższe niż obecnie. Podobnych warunków można się spodziewać w przyszłości w wyniku szybkich zmian klimatycznych spowodowanych spalaniem paliw kopalnych i inną działalnością człowieka. Ponieważ lód na Morzu Arktycznym zmniejsza się, wiele populacji niedźwiedzi polarnych już walczy o przetrwanie.
„Jeśli gwałtowne, nienaturalne i poważne, spowodowane przez człowieka ocieplenie Arktyki, które dzisiaj dokumentujemy, będzie nadal nie słabnąć, nie jest pewne, czy niedźwiedzie polarne będą miały siedlisko lodu morskiego, do którego mogą powrócić i przetrwać genetycznie” – powiedział współautor Ian Stirling, badacz polarny. ponosi biolog i naukowiec ze środowiska i zmian klimatycznych w Kanadzie.
Według Shapiro: „Nie powinno nas dziwić, że domieszki pojawiają się ponownie dzisiaj, ponieważ zmiany klimatu i te gatunki nakładają się i ponownie spotykają na wolności. Zmiana klimatu umożliwia przepływ genów między tym, co uważamy za różne gatunki ”.
Zmiany klimatyczne, które w przeszłości sprowadziły ze sobą niedźwiedzie polarne i brunatne, obejmują okresy lodowcowe, kiedy lód morski był bardziej rozległy, co pozwalało niedźwiedziom polarnym na mieszanie się z niedźwiedziami brunatnymi w południowo-wschodniej Alasce, na Wyspach Kurylskich, a nawet w Irlandii. Niedźwiedzie brunatne w tych lokalizacjach (obecnie wymarłe w Irlandii) nabyły dodatkowe geny niedźwiedzia polarnego poza starożytną domieszką ujawnioną przez genom Bruna.
Co do tego, co niedźwiedzie brunatne mogły zyskać dzięki swojemu pochodzeniu polarnemu, naukowcy mogą jedynie spekulować. „Możliwe, że niedźwiedzie brunatne otrzymały coś fajnego od niedźwiedzi polarnych, ale w tym momencie nie możemy powiedzieć tego na pewno” – powiedział Shapiro.
Znalezienie czaszki Bruna było przypadkowe. Współautorzy Pamela Groves, Daniel Mann i Michael Kunz z University of Alaska Fairbanks spacerowali wzdłuż wybrzeża Morza Beauforta w 2009 roku, badając niedawną erozję wybrzeża, kiedy natknęli się na czaszkę spoczywającą tuż nad linią przypływu.
„Nawet nie szukaliśmy kości, ponieważ zazwyczaj znajdujemy starożytne kości sto mil w głąb lądu, gdzie były przechowywane w wiecznej zmarzlinie wzdłuż sennych rzek” – powiedział Groves. Ponieważ niedźwiedzie polarne spędzają większość swojego życia na morzu, znalezienie jakichkolwiek szczątków niedźwiedzia polarnego jest niezwykle niezwykłe. Bruno to jedyna starożytna czaszka niedźwiedzia polarnego, jaką kiedykolwiek zarejestrowano i jedyna starożytna kość niedźwiedzia polarnego znana z Ameryki Północnej.
„Zrozumienie, w jaki sposób przeszłe zmiany w klimacie napędzały interakcje między organizmami, ma kluczowe znaczenie dla przewidywania, w jaki sposób obecne zmiany stworzą nowe domieszki, zwiększą przenoszenie chorób lub wpłyną na zasoby naturalne lub społeczeństwo” – powiedział Leslie Rissler, dyrektor programu w amerykańskiej National Science Foundation, która finansowała badanie.
Inni współautorzy to Gemma Murray z Uniwersytetu Cambridge; Alisa Vershinina, Megan Supple, Joshua Kapp, Russell Corbett-Detig, Sarah Crump i Richard Green z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz; Kristin Laidre na Uniwersytecie Waszyngtońskim w Seattle; i Love Dalén w Szwedzkim Muzeum Historii Naturalnej w Sztokholmie.
Praca ta była częściowo wspierana przez Narodową Fundację Nauki i Biuro Terenu Arktycznego Biura Gospodarki Przestrzennej.