مطالعه ژنومی: خرس‌های قطبی سازگاری‌های یخبندانی را ۷۰ هزار سال پیش تکامل داده‌اند

شمالگان میهمان‌نواز‌ترین مکان روی زمین نیست، اما برخی حیوانات مانند گوزن‌های شمالی چندین سازگاری ژنتیکی دارند که به آن‌ها اجازه می‌دهد در شرایط سخت زندگی کنند. اکنون به نظر می‌رسد یکی از شکارچیان برتر شمالگان نیز از این قاعده مستثنی نیست.

دانشمندان در حال محاسبه زمانی هستند که خرس‌های قطبی ژن‌هایی را که آن‌ها را از خرس قهوه‌ای جدا می‌کند، تکامل داده باشند. تجزیه‌و‌تحلیل ژنومی تازه مشخص می‌کند که خرس قطبی این سازگاری‌ها را ممکن است تنها ۷۰ هزار سال پیش به دست آورده باشد.

خرس‌های قطبی از نظر ژنتیکی به خرس‌های قهوه‌ای بسیار نزدیک هستند، اما سازگاری‌های کلیدی بسیاری دارند که بقای آن‌ها در شرایط یخبندانی شمالگان را تضمین می‌کند. برای مثال این خرس‌ها دارای دو لایه خز هستند که آن‌ها را گرم و خشک نگه می‌دارد. لایه اول یک بافت پرزدار ضخیم در نزدیکی پوست است و لایه دوم از موه‌ای بلند‌تر به نام موه‌ای محافظ تشکیل شده که همانند کت بارانی عمل می‌کند.

رنگ سفید روشن خز به استتار در برف کمک می‌کند. علاوه بر این خرس‌های قطبی می‌توانند مقادیر زیادی کلس‌ترول را بدون آسیب به قلب هضم کنند که این امر به آن‌ها اجازه می‌دهد با خوردن فوک‌ها و حتی برخی گونه‌های نهنگ مانند نهنگ سفید سازگار باشند.

دانشمندان معتقدند خرس‌های قطبی و خرس‌های قهوه‌ای از نظر تکاملی در دوره نسبتا تازه‌ای، یعنی تقریبا یک می‌لیون سال پیش، از هم جدا شده‌اند. اما اینکه چگونه و چه زمانی خرس‌های قطبی با شمالگان سازگار شدند، تا به امروز مورد بحث قرار داشته است.

در این مطالعه، تیم تحقیقاتی ژنوم ۱۱۹ خرس قطبی مدرن، ۱۳۵ خرس قهوه‌ای مدرن و دو خرس قطبی فسیل‌شده را تجزیه‌و‌تحلیل کردند. یکی از فسیل‌ها، استخوان فک پولپینتن از جزایر نروژی سوالبار است که قدمت آن بین ۱۳۰ تا ۱۰۰ هزار سال پیش برآورد می‌شود. فسیل دیگر یک جمجمه خرس قطبی نابالغ به نام برونو بود که در دریای بوفور آلاسکا کشف شده است. برونو خرس ماده‌ای بود که بین ۱۰۰ تا ۷۰ هزار سال پیش زندگی می‌کرد و ژنوم او به دانشمندان کمک کرد تا زمان واگرایی خرس قهوه‌ای و خرس قطبی را بررسی کنند.

مایکل وستبری، یکی از نویسندگان مطالعه و زیست‌شناس تکاملی دانشگاه کپن‌هاگ، به پاپیولار ساینس گفت ما واریانت‌هایی را کشف کردیم که ممکن است در ۷۰ هزار سال پیش انتخاب شده باشند (یعنی در خرس‌های قطبی فسیلی وجود نداشته‌اند). همیشه فکر می‌شد که وقتی خرس‌های قطبی از خرس‌های قهوه‌ای جدا شدند، باید به شدت در یک تحول تکاملی سریع با شمالگان سازگار شده باشند. با این حال نتایج ما نشان می‌دهد که ممکن است این‌طور نبوده باشد و انطباق با قطب شمال فرآیندی تدریجی‌تر بوده است.

تیم تحقیقاتی ژنوم‌ها را برای تعیین زمان انتخاب‌شدن هفت ژن کلیدی سازگاری‌های شمالگانی مقایسه کرد. تیم دریافت که برای چهار ژن (، و )، کل ژنوم‌های خرس قطبی دارای یک واریانت دی‌ان‌ای هستند. این حالت، آلل ثابت نامیده می‌شود که تنها واریانت حاضر برای یک ژن خاص در یک جمعیت است.

با این حال، ژنوم خرس قهوه‌ای آلل‌های زیادی داشت که نشان می‌دهد این ژن‌ها قبلا برای برخی از اجداد باستانی خرس قطبی انتخاب شده بودند و خرس‌های قطبی در آغاز تکامل خود سازگاری‌هایی با حیات شمالگانی داشتند.

با این حال، سه ژن به نام‌های APOB، LYST و TTN حاوی آلل‌هایی بودند که در ژنوم‌های خرس قطبی مدرن تثبیت شده‌اند، اما در ژنوم‌های باستانی این‌طور نبوده است. ژن‌های APOB، LYST و TTN با عملکرد‌های قلبی‌عروقی مرتبط هستند. APOB و TTN با متابولیسم مرتبط‌اند و APOB و LYST نیز با رنگدانه مرتبط‌اند.

تیم تحقیقاتی معتقد است که این ژن‌ها ممکن است با سازگاری‌هایی مرتبط باشند که برای بقای خرس‌های قطبی در تاریخ جدید‌تر، احتمالا در اواخر آخرین عصر یخبندان، ضروری بوده است. هنوز مشخص نیست که آیا دیگر حیوانات شمالگانی سازگاری‌های مشابه‌ی روی ژن‌هایی که بر رنگ خز، سلامت قلب و متابولیسم تأثیر می‌گذارند دارند یا خیر.

وستبری می‌گوید من فکر می‌کنم کپی‌هایی از این ژن‌های سازگاری با شمالگان در اکثر حیوانات یافت می‌شود، اما ممکن است واریانت‌های خاص خرس قطبی باشد که به آن اجازه داده در شمالگان زندگی کند. ما بررسی نکردیم که آیا هیچ حیوان دیگری در شمالگان دارای همان واریانت‌های مشابه است یا خیر، اما برای مطالعه‌های بعدی موضوع جالبی خواهد بود.

یافته‌های این مطالعه در ژورنال BMC منتشر شده است.