Геном 100 000-летнего белого медведя раскрывает древнюю гибридизацию с бурыми медведями
Анализ древней ДНК из черепа белого медведя возрастом 100 000 лет показал, что в последний теплый межледниковый период плейстоцена происходила обширная гибридизация между белыми и бурыми медведями. Это оставило неожиданно большое количество генетического материала белых медведей в геномах всех ныне живущих бурых медведей.
Исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Санта-Круз, было опубликовано 16 июня в журнале Nature Ecology & Evolution. Ученые получили древнюю ДНК из черепа молодого белого медведя, найденного в 2009 году на побережье моря Бофорта в арктической Аляске. Медведя прозвали «Бруно», хотя анализ ДНК позже показал, что это была самка.
«Наличие палеогенома Бруно позволило обнаружить древнее событие смешения, которое затронуло всех ныне живущих бурых медведей», — сказал первый автор Мин-Шань Ван.
Геномный анализ показал, что Бруно принадлежал к популяции белых медведей, которая была предковой для современных. После примерно 125 000 лет назад линия белых медведей, ведущая к Бруно, и линия бурых медведей, ведущая ко всем современным бурым медведям, пересеклись и скрестились.
В результате этого древнего смешения до 10% геномов современных бурых медведей составляют гены белых медведей. «Мы никогда бы этого не увидели без генома Бруно, потому что у всех ныне живущих бурых медведей это смешение является частью их геномов», — пояснила профессор Бет Шапиро.
Хотя белые и бурые медведи — разные виды с заметными различиями во внешности, поведении и среде обитания, они тесно связаны и могут легко скрещиваться при пересечении ареалов. Сообщения о гибридах участились в последние годы из-за изменения климата: таяние морского льда вынуждает белых медведей выходить на арктическое побережье, а бурые медведи расширяют свой ареал на север.
Предыдущие исследования древней ДНК показали, что смешение происходило в определенных популяциях бурых медведей как минимум четыре раза в период между 15 000 и 25 000 лет назад. Во всех случаях поток генов шел от белых медведей к бурым.
«Гибридные особи, если выживают, делают это как бурые медведи, возможно, потому что им трудно успешно охотиться на морском льду, если они не полностью белые», — объяснила Шапиро.
Новое исследование также обнаружило некоторые свидетельства возможного потока генов от бурых медведей к линии Бруно. Однако отсутствие примеси у современных белых медведей поддерживает идею, что гены бурого медведя снижают приспособленность к жизни в качестве белого медведя. Полярные медведи, отделившись от бурых около 500 000 лет назад, эволюционировали в узкоспециализированных охотников на морских млекопитающих на арктическом льду. Бурые медведи, напротив, являются универсалами с широким ареалом.
Бруно жил в период изменения климата после пика теплого межледниковья, когда температуры и уровень моря были значительно выше, чем сейчас. Похожие условия могут повториться в будущем из-за быстрого антропогенного изменения климата.
«Если быстрое, неестественное и серьезное вызванное человеком потепление в Арктике, которое мы наблюдаем сегодня, будет продолжаться, неясно, останется ли у белых медведей морской лед, к которому можно вернуться, чтобы выжить генетически», — сказал соавтор Ян Стирлинг.
По словам Шапиро, нам не следует удивляться новому смешению сегодня, поскольку изменение климата снова приводит к перекрытию ареалов и встречам этих видов в дикой природе.
Находка черепа Бруно была случайной. Ученые из Университета Аляски в Фэрбенксе обследовали побережье моря Бофорта в 2009 году, изучая эрозию, когда наткнулись на череп чуть выше линии прилива. Бруно — единственный когда-либо найденный древний череп белого медведя и единственная известная древняя кость белого медведя из Северной Америки.
«Понимание того, как прошлые изменения климата влияли на взаимодействия между организмами, критически важно для прогнозирования того, как текущие изменения создадут новые смешения, увеличат передачу болезней или повлияют на природные ресурсы или общество», — отметила Лесли Рисслер из Национального научного фонда США.