Как формируются виды: что говорит нам запутанная история взаимоотношений белого и бурого медведей

Новое исследование дает расширенный взгляд на переплетение эволюционных историй белых и бурых медведей.

Становление отдельными видами не полностью помешало этим животным спариваться друг с другом. Ученые знали об этом в течение некоторого времени, но новое исследование опирается на расширенный набор данных, включая ДНК из древнего зуба белого медведя, чтобы получить больше деталей.

Возникающая история раскрывает сложности, подобные тем, которые усложняют историю эволюции человечества.

«Формирование и поддержание видов может быть запутанным процессом», — говорит Шарлотта Линдквист, доктор философии, доцент биологических наук в Университете Колледжа искусств и наук Буффало и эксперт по генетике медведей. «То, что произошло с белыми и бурыми медведями, является точным аналогом того, что мы знаем об эволюции человека: разделение видов может быть неполным. Поскольку все больше и больше древних геномов извлекаются из древних человеческих популяций, включая неандертальцев и денисовцев. , мы видим, что происходило разнонаправленное генетическое смешение, когда разные группы архаичных людей скрещивались с предками современных людей. Белые медведи и бурые медведи — еще одна система, в которой это происходит».

«Мы находим доказательства скрещивания между белыми и бурыми медведями, которые предшествовали древнему белому медведю, которого мы изучали», — говорит она. «И, кроме того, наши результаты демонстрируют сложную, переплетенную эволюционную историю среди бурых и белых медведей, при этом основное направление потока генов идет к белым медведям от бурых медведей. Это переворачивает гипотезу, выдвинутую другими исследователями, о том, что поток генов был однонаправленным и переходя к бурым медведям на пике последнего ледникового периода».

Исследование будет опубликовано 6 июня в Proceedings of the National Academy of Sciences . Его возглавил Линдквист из UB в США; Луис Эррера-Эстрелла из Национальной лаборатории геномики биоразнообразия (LANGEBIO) в Мексике и Техасского технологического университета в США; и Калле Леппяля из Университета Оулу в Финляндии. Тянинь Лан, доктор философии, бывший постдокторант UB, ныне работающий в Daicel Arbor Biosciences, был соавтором вместе с Леппяля.

Концепция адаптированных к Арктике белых медведей, захвативших генетический материал бурых медведей, которые приспособлены к жизни в более низких широтах, является одним из нескольких выводов, которые могут представлять интерес для ученых, занимающихся изучением воздействия изменения климата на виды, находящиеся под угрозой исчезновения.

По мере потепления в мире и уменьшения арктического морского льда белые медведи и бурые медведи могут чаще сталкиваться друг с другом в местах, где их ареалы пересекаются. Это делает их общую эволюционную историю особенно интригующим предметом изучения, говорит Линдквист.

Разделение видов может быть грязным процессом

Как объясняет Линдквист, ученые когда-то думали, что современные люди и неандертальцы просто разделились на отдельные виды после эволюции от общего предка. Затем исследователи обнаружили ДНК неандертальца у современных евразийцев, подразумевая, что современные человеческие популяции получили приток генов от неандертальцев в какой-то момент своей общей эволюционной истории, говорит она.

Только позже ученые поняли, что это генетическое смешение также дополнило популяции неандертальцев генами современного человека, добавляет Линдквист. Другими словами, межпородное скрещивание может быть сложным, не обязательно улица с односторонним движением, говорит она.

Новое исследование медведей раскрывает удивительно похожую историю: анализ находит доказательства гибридизации в геномах как белого медведя, так и бурого медведя, причем белые медведи, в частности, несут сильный след притока ДНК от бурых медведей, говорят исследователи. По словам Линдквиста, более ранние исследования предлагали только обратную модель.

«Удивительно, как ДНК может помочь раскрыть древнюю историю жизни. Направление потока генов определить сложнее, чем просто его присутствие, но эти закономерности жизненно важны для понимания того, как прошлые адаптации передавались между видами, чтобы придать современным животным их нынешние черты», — говорит Леппяля. Доктор философии, научный сотрудник исследовательского отдела математических наук Университета Оулу.

«Популяционная геномика становится все более мощным инструментом для изучения эволюции растений и животных, а также воздействия человеческой деятельности и изменения климата на исчезающие виды», — говорит Эррера-Эстрелла, доктор философии, заслуженный профессор геномики растений при президенте и директор Института геномики сельскохозяйственных культур. Устойчивость к абиотическому стрессу в Техасском техническом отделе растениеводства и почвоведения. Он также является почетным профессором LANGEBIO. «Медведи рассказывают не больше простых историй о видообразовании, чем эволюция человека. Это новое геномное исследование предполагает, что группы видов млекопитающих могут скрывать сложную эволюционную историю».

Доказательства геномов современных медведей и ДНК древнего зуба

В ходе исследования были проанализированы геномы 64 современных белых и бурых медведей, в том числе несколько новых геномов с Аляски, где обитают оба вида.

Команда также создала новый, более полный геном белого медведя, который жил от 115 000 до 130 000 лет назад на норвежском архипелаге Шпицберген. ДНК древнего белого медведя была извлечена из зуба, прикрепленного к субфоссильной кости челюсти, которая сейчас находится в Музее естественной истории Университета Осло.

Используя этот набор данных, исследователи подсчитали, что белые медведи и бурые медведи стали отдельными видами примерно от 1,3 до 1,6 миллиона лет назад, обновив предыдущие оценки, сделанные некоторыми из тех же ученых. По словам Линдквиста, возраст раскола был и остается предметом научных дискуссий, поскольку прошлые межпородные скрещивания и ограниченные ископаемые свидетельства существования древних белых медведей входят в число факторов, которые затрудняют точное определение времени.

В любом случае: после превращения в отдельный вид белые медведи пережили резкое сокращение популяции и длительное генетическое узкое место, в результате чего у этих медведей осталось гораздо меньше генетического разнообразия, чем у бурых медведей, заключает новое исследование. Полученные данные подтверждают прошлые исследования, указывающие на те же тенденции, и добавляют доказательства в поддержку этой гипотезы.

Вместе с анализом потока генов эти результаты позволяют по-новому взглянуть на запутанную, переплетенную эволюционную историю белых и бурых медведей.

В состав международной исследовательской группы вошли ученые из UB, LANGEBIO, Texas Tech, Университета Оулу, Дальнего Северо-Западного института искусства и науки, Департамента рыбы и дичи Аляски, Музея естественной истории Университета Осло, Наньянского технологического университета, Университет Хельсинки и Орхусский университет.

Исследование финансировалось Национальным фондом рыбы и дикой природы, Национальным научным фондом США, Департаментом рыбы и дичи Аляски и Геологической службой США.