В плейстоцене белые медведи скрещивались с бурыми

Гибриды белых и бурых медведей в зоопарке: справа самка, слева самец, внизу два чистых вида медведей. Фото с сайта news.bbc.co.uk
Гибриды белых и бурых медведей в зоопарке: справа самка, слева самец, внизу два чистых вида медведей. Фото с сайта news.bbc.co.uk

На основе внушительного массива новых данных о митохондриальных ДНК белых и бурых медведей ученые предположили неоднократную гибридизацию двух видов в прошлом. Эта гипотеза выглядит предпочтительнее той, что обсуждалась прежде: белые медведи являются монофилетичной группой, отделившейся от аляскинских или сибирских медведей во время ледниковой эпохи. Выбор той или иной версии, по-видимому, будет зависеть от надежности методик примененных для реконструкции филогенезов.

Разноцветными линиями обозначены медведи из разных географических точек, охватывающих весь ареал бурых медведей за последние 50 тыс. лет (14 местонахождений). Это расчетное время существования современных материнских поколений белых медведей. Черные линии на схеме — это белые медведи. Схема из обсуждаемой статьи в Current Biology
Разноцветными линиями обозначены медведи из разных географических точек, охватывающих весь ареал бурых медведей за последние 50 тыс. лет (14 местонахождений). Это расчетное время существования современных материнских поколений белых медведей. Черные линии на схеме — это белые медведи. Приглядевшись, можно заметить, что некоторые линии меняют оттенок. Так, например, некоторые линии в кладе I меняют цвет с синего на желтый. Это означает, что особи данной материнской линии мигрировали из Европы в Азию. Если синий сменяется розовым, то путешествие закончилось в районе Скандинавии, и т. д. Временная шкала дана по молекулярным часам, а не по палеонтологическим данным. Темно-серый цвет фоновой полосы означает ледниковые эпохи, а светло-серый — межледниковье. Схема из обсуждаемой статьи в Current Biology

Работа о происхождении белых медведей, опубликованная в журнале Current Biology, иллюстрирует со всей определенностью круг проблем и возможностей сегодняшней биологической информатики.

Отправной точкой для данного исследования послужили находки ископаемых остатков двух белых медведей. Первый экземпляр происходит из арктического архипелага Шпицберген (Свальбард, Svalbard) из местонахождения с возрастом 130–110 тыс. лет. Второй, возраст которого оценивается около 115 тыс. лет, был найден в Северной Норвегии. Из их костей (челюсть в первом случае, рёбра — во втором) ранее были выделены митохондриальные ДНК и определены соответствующие нуклеотидные последовательности. Выяснилось, что древние митохондриальные ДНК не похожи на мтДНК современных белых медведей. Как это объяснить? Развернулась дискуссия с привлечением всех данных по медвежьим ДНК, сбором нового блока генетических данных и различных фактов медвежьей генетики, истории и биологии. Эти данные сложились в относительно стройную картину расселения и эволюции бурых и белых медведей.

Следующие известные факты оказались важными в ходе обсуждения. Во-первых, митохондриальный геном белых медведей характеризуется невысоким разнообразием, его диапазон полностью покрывается полиморфизмом мтДНК бурых медведей. При этом в остальном белые медведи резко отличаются от бурых и по морфологии, и по экологии, и по ядерным генным маркерам. Во-вторых, бурые и белые медведи могут скрещиваться и давать плодовитое потомство, как это было отмечено биологами в последние 5 лет наблюдений. В-третьих, линии бурых и белых медведей разошлись, как считается, 800?–150 тыс. лет назад (средний плейстоцен) в результате изоляции сибирской популяции бурых медведей. И наконец, нужно иметь в виду, что из-за невысокой численности белых медведей потеря (или вымирание) материнских линий (читай — линий мтДНК) не слишком редкое событие.

Перво-наперво биоинформатики суммировали данные о белых и бурых медведях, хранящиеся в базе последовательностей ДНК GenBank на сервере Национального центра биотехнологической информации США. В этой базе данных нашлись последовательности мтДНК 168 экземпляров медведей, включая и тех самых двух ископаемых белых медведей. Далее к работе приступили генетики: они дополнили этот массив данных еще 74 экземплярами бурых и белых медведей, выделив и определив определенные фрагменты их мтДНК. Такие объемы работ теперь вполне выполнимы в короткие сроки. Важно, что новые прочтенные фрагменты принадлежали не только современным медведям (17 современных белых медведей), но и более древним (34 голоценовых белых медведя, 23 древних бурых медведя из Ирландии и Британии). Получилось в сумме 53 белых медведя и 189 бурых медведей.

После за дело взялись биоинформатики и построили филогенетическое дерево для всего набора данных из 242 мтДНК-фрагментов. И для этого уже разработаны технологии. Получившееся дерево выглядит следующим образом:

На этой схеме вычленяются четыре клады, то есть группы медведей, имеющих филогенетическую общность. Наиболее интересна для этого исследования клада II, она объединяет всех белых медведей, включая и те два древних экземпляра из Норвегии, и древних ирландских, и экземпляры бурых медведей из Юго-Восточной Аляски — на схеме обозначено как АВС: острова Адмиралти (Admiralty Island), Баранова (Baranof Island) и Чичагова (Chichagof Island). Важно подчеркнуть, что белые медведи — современные и древние — оказались разобщены, при этом древняя часть приблизилась к линиям Юго-Восточной Аляски, а современные — к древнеирландским. Клада I — сводит вместе европейские, скандинавские и африканские экземпляры. Сюда же относятся и современные ирландские экземпляры бурых медведей. Клады III и IV иллюстрируют сложную комбинацию аляскинских, сибирских, камчатских и восточноевропейских бурых медведей.

Далее по расчетным датировкам расхождения материнских линий была восстановлена схема миграций бурых и белых медведей. Она показана на следующем рисунке, а его динамичная версия представлена здесь.

Теперь, имея схемы расселения бурых и белых медведей, ученые выстроили возможные сценарии эволюции белых медведей. Согласно первому, принятому прежде, современные линии белых медведей являются монофилетичными потомками древних линий ирландских бурых медведей, которые в свою очередь произошли от юго-восточных аляскинских. Сами же ирландские бурые медведи подразделяются на две сестринские группы — одна вымершая, другая современная. В эту гипотезу не укладывается ни рассчитанное по молекулярным часам, ни палеонтологическое время появления древних линий белых медведей. Реконструкции никак не позволяют объединить в монофилетическую линию и древних, и современных белых медведей. Другие два сценария предполагают возможную гибридизацию белых медведей с бурыми ирландскими. При этом события гибридизации должны были происходить два или три раза в течение 120 тысяч лет. Допущение гибридизации помогает объяснить сходство мтДНК белых и бурых медведей и различие мтДНК между линиями древних и современных белых медведей.

Стрелками показаны направления миграций материнских линий бурых и белых медведей за 120 тыс. лет; чем интенсивнее розовый цвет у стрелки, тем достовернее миграция в этом направлении (BF — Байесов фактор). Отметим, что общее направление миграций — с востока на запад. Схема из обсуждаемой статьи в Current Biology
Стрелками показаны направления миграций материнских линий бурых и белых медведей за 120 тыс. лет; чем интенсивнее розовый цвет у стрелки, тем достовернее миграция в этом направлении (BF — Байесов фактор). Отметим, что общее направление миграций — с востока на запад. Схема из обсуждаемой статьи в Current Biology

Реалистичность гипотез основывается прежде всего на определении возраста ископаемых белых и бурых медведей, а также на расчете возрастов отдельных линий медведей. Для калибровки молекулярных часов используется, в частности, возраст ископаемых белых и бурых медведей. Однако определение их возраста дает весьма широкий диапазон возможных ошибок. Так, палеонтологические и радиоуглеродные датировки ископаемых остатков белых медведей варьируют от 130 до 40 тыс. лет. Возраст точек расхождения клад древних белых и бурых медведей, согласно методикам, использованным для построения филогенетической схемы, отличается от палеонтологической и радиоуглеродной датировок. Авторы отмечают, что расчетное время расхождения клад сильно зависит также и от методов калибровки молекулярных часов. Поэтому дальнейшее обсуждение эволюции белых медведей, по-видимому, углубится в методические тонкости биоинформационных методов. Экологи будут с нетерпением ждать результатов дискуссии, так как если гибридизация действительно имела место и была необходимой и неотъемлемой частью эволюции белых медведей, то современным людям следует запретить охоту на всех белых медведей, включая и гибридов. Сейчас отстрел гибридов белых медведей разрешен.

Сейчас из-за изменений климата и таяния арктических льдов появляются гибриды белых и бурых медведей, так что через пару тысяч лет облик полярных медведей может существенно измениться. Но хорошо бы человечество запомнило белых медведей такими. Фото с сайта www.animalwallpaper.org
Сейчас из-за изменений климата и таяния арктических льдов появляются гибриды белых и бурых медведей, так что через пару тысяч лет облик полярных медведей может существенно измениться. Но хорошо бы человечество запомнило белых медведей такими. Фото с сайта www.animalwallpaper.org

Источник: Ceiridwen J. Edwards, Marc A. Suchard, Philippe Lemey, John J. Welch, Ian Barnes, Tara L. Fulton, Ross Barnett, Tamsin C. O'Connell, Peter Coxon, Nigel Monaghan, Cristina E. Valdiosera, Eline D. Lorenzen, Eske Willerslev, Gennady F. Baryshnikov, Andrew Rambaut, Mark G. Thomas, Daniel G. Bradley, Beth Shapiro. Ancient Hybridization and an Irish Origin for the Modern Polar Bear Matriline // Current Biology. 07 July 2011. Doi:10.1016/j.cub.2011.05.058.

Елена Наймарк


7
Показать комментарии (7)
Свернуть комментарии (7)

  • hongma  | 22.07.2011 | 12:24 Ответить
    Странно, неоднократно приходилось слышать, что в Африке медведей и достоверных следов их пребывания тоже, вообще никаких нет. А здесь на карте указана стрелочка в Северную Африку (через Гибралтар!!!) и в тексте упомянуты африканские медведи.
    Как же так?
    Ответить
    • naimark > hongma | 22.07.2011 | 13:33 Ответить
      Вот абзац из статьи, относящийся к Вашему вопросу:
      "and the movement of bears carrying clade I
      from Spain into North Africa 8.5–1.6
      kya (median 3.2 kya) (Figure 1, node C,
      which likely reflects translocation of
      bears by the Romans or Carthaginians
      for organized wild animal combat)."
      Ответить
      • Fangorn > naimark | 22.07.2011 | 13:59 Ответить
        А там не указано, откуда же в таком случае авторы взяли данные по генам африканских медведей? А то пока я даже представить себе не могу :(
        Ответить
  • Скеп-тик  | 22.07.2011 | 14:11 Ответить
    Что-то я не етил упоминания про "овраг", о которому белым медведям приходилось ходить, а именно максимумами оледенений, когда Арктика 25 -18 тыс лет назад была закрыта многометровым слоем льда, не вскрывавшегося летом. Естественно предположить, что б. медведи, чистые хищники, вели другой образ жизни, поскольку охота на морского зверя была возможна только в узких полосах Камчатка-Алеутские острова и Ирландия-Гренландия. Современная циркумарктический ареал - вещь тоже временная, сокращение дрейфующих льдов "выгонит" тюленей на берег и вновь выключит миграционный потенциал б. медведей. А исходя из 100 тысячелетнего цикла оледенений, их ждет 50 тысячелетнее сидение на берегу. вряд ли эти хишники останутся белыми. Эволюция, блин...
    Ответить
  • Fangorn  | 22.07.2011 | 16:42 Ответить
    В свое время, читая статью о происхождении белых медведей: http://macroevolution.livejournal.com/63645.html , я удивился, как столь отличный от бурого (разница не только в цвете) вид сумел развиться так быстро (150 тыс.лет). И вот теперь оказывается, что на генетические данные повлияли несколько скрещиваний с бурыми, и "возраст" может отражать лишь дату массового скрещивания, а не возникновение вида. Возможно ли, что белому медведю, как отдельному виду, все же 800 тыс.л.?
    Или есть данные (палеонтологические, или др.), делающие это маловероятным?
    Ответить
    • naimark > Fangorn | 22.07.2011 | 18:52 Ответить
      Относительно возраста белых медведей в статье ссылка вот на это: Kurten, B. (1964). The evolution of the polar bear, Ursus maritimus(Phipps). Acta Zool. Fenn. 108, 1–30. Работа старая, но ради любопытства взглянуть можно. Также пищу для размышлений дает следующий абзац "To test this, we analyzed 20 nuclear loci isolated from all eight extant species within the Ursidae [7, 8, 22]. The small evolutionary distance between brown bears and polar bears
      prohibits precise estimates of the brown/polar divergence; however, the 95% highest posterior density interval of estimated coalescence dates spans the interval 2 Mya–400 kya. Although there are a number of reasons unrelated to hybridization why the mitochondrial MRCA would be more recent than most autosomal common ancestor dates, such as a smaller mitochondrial effective population size, this date range
      predates by a considerable margin the estimated MRCA of polar bear and brown bear matrilines." Этот абзац показывает, что в рассуждениях о возрасте расхождения белого медведя и бурых медведей не все так гладко, как хотелось бы показать авторам статьи. Рассуждения основываются не на фактах, а на авторских предпочтениях одних фактов другим (хотя возможно, я не все как следует разобрала). Именно поэтому я считаю, что в гипотезе скрещивания и происхождения белых медведей еще рано ставить точку.
      Ответить
      • Aab > naimark | 28.07.2011 | 02:17 Ответить
        Простите, не могу удержаться. Но думаю, меня "нужно понять и простить" :) Итак, лирическое отступление (оффтоп):

        На льдине дрейфуют большая белая медведица и недавно родившийся медвеженок. Мама сидит на попе ровно, а ее малыш просто-таки не находит себе места, все ходит и о чем-то думает; потом мишка и говорит матушке:
        -- Странно... Мама! А у нас были в роду бурые медведи?
        -- Что ты!- отвечает ему мать, чуть не упав в океан,- Жамэ! Мы, сынок,- истинные арийцы!!!
        -- Странно... А гималайские?
        -- Да что такое!
        -- Странно... Может, хоть гризли?
        -- НЕТ!!! И - НИЧЕГО СТРАННОГО!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
        -- Странно... Почему же я тогда так мерзну?

        Я-то думал, что это просто анегдот... А вон, как выходит. Ну, трудно истинному арийцу допустить мысль о "бурых медведях": она претит его божественному происхождению :)
        Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»