Het Noordpoolgebied is niet de meest gastvrije plek op aarde. Sommige arctische dieren, zoals rendieren, hebben verschillende genetische aanpassingen waardoor ze daar kunnen gedijen, en een van de belangrijkste roofdieren in de regio is daarop geen uitzondering. Wetenschappers werken samen bij ijsberen (Ursus maritimus) hebben mogelijk enkele van de genen ontwikkeld die hen onderscheiden van bruine beren (Ursus arctos). Nieuwe genomische analyse laat zien dat ze 70.000 jaar geleden mogelijk veranderd zijn. De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in een onderzoek dat op 15 september in het tijdschrift werd gepubliceerd BMC Genomica.
IJsberen zijn zeer nauw verwant aan bruine beren, maar hebben een aantal belangrijke aanpassingen die hen helpen te overleven in de extreme arctische omstandigheden. Ze hebben twee lagen vacht waardoor ze warm en droog blijven. De eerste is de grote donzige laag die vlak naast hun huid zit. De tweede laag is gemaakt van langere haren, de zogenaamde beschermharen, die fungeren als een regenjas. De helderwitte tint van hun vacht helpt hen te camoufleren. IJsberen kunnen ook grote hoeveelheden cholesterol uit vet verteren zonder het hart te beschadigen. Dit helpt hen te gedijen terwijl ze zeehonden en zelfs sommige soorten walvissen zoals witte beluga’s eten.
[Related: Jackrabbit’s color-changing fur may prepare them for climate change.]
Wetenschappers zijn van mening dat pool- en bruine beren relatief recentelijk in evolutionaire termen uiteen zijn gegaan – in de afgelopen miljoen jaar of zo. Hoe en wanneer ijsberen zich aan het Noordpoolgebied hebben aangepast, wordt nog steeds besproken.
In deze studie analyseerde het team de genomen van 119 moderne ijsberen, 135 moderne bruine beren en twee gefossiliseerde ijsberen. Een van de fossielen was een Poolepynten-kaakbeen uit de Noorse Spitsbergen-archipel dat dateert van tussen de 130.000 en 100.000 jaar geleden. Het tweede fossiel was de schedel van een jonge ijsbeer met de bijnaam Bruno, die werd gevonden in de Beaufortzee in Alaska. Ondanks de naam was Bruno een vrouwelijke beer die ergens tussen de 100.000 en 70.000 jaar geleden leefde, en haar genoom hielp wetenschappers dit verschil tussen de bruine beer en de ijsbeer te verkleinen.
“We hebben een aantal varianten gevonden waarvoor in de afgelopen ~70.000 jaar mogelijk is geselecteerd (dat wil zeggen: ze zaten niet bij fossiele ijsberen)”, zegt Michael Westbury, co-auteur en evolutiebioloog aan de Universiteit van Kopenhagen. Populaire wetenschap. ‘Er is altijd aangenomen dat toen ijsberen zich van de bruine beren afweken, ze zich in één snelle evolutionaire verandering snel moesten aanpassen aan het noordpoolgebied. Onze resultaten suggereren echter dat dit misschien niet het geval was en dat de aanpassing aan het Noordpoolgebied een geleidelijker proces was.”
Het team vergeleek deze genomen om te bepalen wanneer zeven sleutelgenen werden geselecteerd voor aanpassing aan de Noordpool. Ze ontdekten dat voor vier genen (ABCC6, AIM1, COL5A3 en POLR1A) alle genomen van ijsberen dezelfde DNA-variant hebben. Dit wordt een vast allel genoemd, wat de enige variant is die aanwezig is voor een bepaald gen binnen een populatie.
De genomen van bruine beren hadden echter meer allelen. Dit suggereert dat deze genen al geselecteerd waren bij een of andere oude voorouder van de ijsbeer, en dat ijsberen eerder in hun evolutie aanpassingen hadden ondergaan voor het leven in het Noordpoolgebied.
Drie genen – APOB, LYST en TTN genaamd – bevatten echter allelen die vastgelegd waren in de genomen van moderne ijsberen, maar niet in de oude. APOB-, LYST- en TTN-genen zijn geassocieerd met cardiovasculaire functies. APOB en TTN houden verband met de stofwisseling. APOB en LYST worden geassocieerd met pigmentatie.
[Related: What an ancient jawbone reveals about polar bear evolution.]
Het team gelooft dat deze genen mogelijk verband houden met aanpassingen die in de recente geschiedenis, misschien tegen het einde van de laatste ijstijd, nodig zijn geworden voor het overleven van ijsberen. Het is ook onduidelijk of andere pooldieren vergelijkbare aanpassingen aan deze genen hebben die hun vachtkleur, hartgezondheid en metabolisme beïnvloeden.
“Ik neem aan dat kopieën van deze genen bij de meeste dieren worden aangetroffen, maar misschien hebben de specifieke varianten van de ijsbeer ervoor gezorgd dat ze in het Noordpoolgebied konden leven”, zegt Westbury. “We hebben niet onderzocht of andere Arctische dieren dezelfde varianten hebben, maar dat zou interessant zijn voor vervolgonderzoek.”