Белый и бурый медведи:общий предок, сходства и различия

6 октября 2018, 10:30 6 октября 2018, 11:30 6 октября 2018, 12:30 6 октября 2018, 13:30 6 октября 2018, 14:30 6 октября 2018, 15:30 6 октября 2018, 16:30 6 октября 2018, 17:30 6 октября 2018, 18:30 6 октября 2018, 19:30 6 октября 2018, 20:30

Программу «О животных» ведёт Иван Затевахин

В этом выпуске разговор о происхождении и существовании белых и бурых медведей. Гость – Михаил Кречмар, натуралист, биолог, охотовед, писатель, знаток медведей, который написал несколько книг о жизни этих хищных млекопитающих в дикой природе.

Иван Затевахин: Мы знаем, что самый хищный из медведей – это белый медведь, который целиком питается другими животными. Он питается падалью, тюленями и китами. Обычно рисуются сложные картины захвата каким-то видом неосвоенной территории. Возможно, но была другая причина – это выживание, а какой-то вид медведей попал в такие условия, где иначе было не выжить. Ледник, который сковал окрестности Северной Америки и Чукотки, а всё пространство было занято льдом. Что делать в таких условиях?

Михаил Кречмар: На земле есть становится нечего, пищевая база исчезает, но зато появляются льды, на которых существует некая жизнь. Я с белых медведей перейду к бурым медведям, которые отлично ловят тюленей, и я это многократно видел.

Иван Затевахин: На берегу?

Михаил Кречмар: На льду. Есть такой залив Одеан, который находится недалеко от Магадана, такой кишкообразный. Естественно, что в конце этой кишки лёд выносит в самую последнюю очередь. Медведи уже в это время встают и очень активно начинают ходить по окрестностям. Каждый вечер их можно было наблюдать с одной базы, с которой я их наблюдал.

Каждый вечер я видел как минимум одного, а то и двух, и даже трёх медведей, которые ходили вдоль края льдов. Когда я проходил там пешком, то находил следы растерзанных тюленей, ларгарки, акибы, но в основном классической нерпы. Даже бурый медведь рассматривает этих нерп как свою пищу, а позыв к тому, что её надо кушать у него существует изначально. Скорее всего, что очень высокая пластичность, которой обладал общий предок белого и бурого медведей, который позволил ему выжить в таких очень тяжёлых условиях.

Какие ещё качества способствовали выживанию белого медведя в таких условиях – это способность плавать… Что препятствует свободному скрещиванию белого и бурого медведей – это сроки гона и биотопическая разносность. Причём, и то и другое, это вещи достаточно относительные …

Полностью запись беседы слушайте в аудиофайле

­Белый и бурый медведи:общий предок, сходства и различия

  • животные
  • зоология
  • фауна
  • познавательный

Из-за разного образа жизни и диеты набор генов у белых и бурых медведей всё больше различается

Белый медведь (Ursus maritimus) и бурый (Ursus arctos) медведь — это недавно разошедшиеся виды, которые обитают в очень разных условиях. Геномы этих видов предоставляют уникальную возможность исследовать генетические основы достаточно быстрой экологической адаптации в группе млекопитающих. Одна из известных в настоящее время, но недостаточно изученных форм генетической изменчивости, — вариация числа копий генов. Ученые проанализировали геномы 17 белых медведей, 9 бурых медведей и 2 черных канадских медведей (

Ursus americanus). Вариабельность по числу копий обнаружилась в сумме для 318 генов, почти 200 из которых продемонстрировали видоспецифические различия между белыми и бурыми медведями. 47% генов с изменением числа копий связаны с работой обоняния, причем у большинства из этих генов копий меньше у белых медведей. Кроме того, уменьшилось число копий нескольких генов, вовлеченных в метаболизм жирных кислот, а также гена
AMY1B (который кодирует амилазу слюны, обеспечивающую расщепление крахмала в ротовой полости). В то же время увеличилось число копий некоторых генов, связанных с иммунитетом и формированием шерстяного покрова. Вероятно, изменение числа копий генов у белого медведя действительно сыграло немаловажную роль в адаптации к новому климату и новой диете в условиях крайнего севера.

Исследования по сравнительной геномике с использованием молекулярных часов показывают, что белые медведи (Ursus maritimus) обособились от бурых медведей (Ursus arctos

) около 500 тысяч лет назад (V. Kumar et al., 2017. The evolutionary history of bears is characterized by gene flow across species). Хотя по меркам эволюции это совсем небольшой срок, его оказалось достаточно для приобретения белыми медведями целого ряда заметных отличий, включая морфологию (цвет шерсти, размеры и пропорции тела), физиологию и поведение. Все эти изменения являются адаптациями к особенностям климата и экологии в зоне обитания белых медведей: там почти круглый год холодно и лежит снег, практически отсутствует растительность, а из доступной еды — практически исключительно рыба и тюлени. Более 1000 локусов в геномах белых медведей несут в себе следы положительного (движущего) отбора.
Эти локусы связаны с такими функциями как формирование мышечной и жировой ткани, работа сердца, метаболизм жирных кислот, ну и, конечно, окраска шкуры.

Все эти данные были получены в ходе прошлых исследований по оценке нуклеотидных полиморфизмов (SNP — single nucleotide polymorphism). Но сегодня известно, что одним из эволюционно значимых путей модификации признаков и адаптации являются мутации типа вариации числа копий (CNV — copy number variation), и вот с этой стороны геномы медведей пока еще не рассматривали.

Решением этой задачи занялась группа ученых из США под руководством Джона Гиббонса (John G. Gibbons) из Университета Массачусетса в Амхерсте.

Известно, что мутации типа CNV возникают достаточно часто и в основном изменяют признаки благодаря изменению уровня экспрессии соответствующих генов (большее число копий гена позволяет синтезировать больше соответствующих молекул РНК за то же время), причем отбор достаточно быстро закрепляет полезные изменения. Так, было установлено, что число копий гена амилазы (AMI1) — фермента, обеспечивающего расщепление крахмала, — различается у людей из разных популяций: большее число его копий характерно для тех регионов, где в рационе больше крахмалистой пищи (G.

 H. Perry et al., 2007. Diet and the evolution of human amylase gene copy number variation).

Чтобы выяснить, как происходили изменения числа копий генов в ходе эволюции медведей, были проанализированы геномы 17 белых медведей, 9 бурых медведей и двух черных канадских медведей (Ursus americanus). Как среди бурых медведей, так и среди белых медведей обнаружилась вариабельность по числу копий большого числа геномных локусов (более 4,5 тысяч в пределах каждого вида). Однако не все эти локусы содержали кодирующие гены, а авторов в первую очередь интересовали именно участки с кодирующими генами — ведь центральной задачей было объяснение фенотипических особенностей животных. У белых медведей обнаружилось в сумме 1169 генов, у которых могли присутствовать «лишние» копии, и 36 генов, которые могли отсутствовать у некоторых особей. Для бурых медведей аналогичные показатели — 735 и 61 ген, соответственно.

Кстати говоря, согласно исследованиям в человеческих популяциях (A. Itsara et al. , 2009. Population Analysis of Large Copy Number Variants and Hotspots of Human Genetic Disease), в геноме людей также насчитывается порядка нескольких тысяч генов, которые могут быть представлены разным числом копий у разных индивидуумов (речь идет о здоровых людях, хотя вариации числа копий некоторых других генов могут приводить к заболеваниям, включая, к примеру, аутизм и шизофрению, а также различные аномалии развития). Каждый человек имеет десяток-другой особенностей по числу копий некоторых локусов в сравнении с общей популяцией.

Но нас здесь интересует в первую очередь не внутривидовая вариабельность, а межвидовые различия. Авторы использовали показатель Vst, который аналогичен принятому в популяционной геномике показателю Fst — оценочному коэффициенту разницы в распределении числа копий между особями из сравниваемых популяций (в данном случае — популяций медведей разных видов). Значение Vst определяли, двигаясь вдоль генома, в скользящем окне размером 10 000 пар оснований с шагом в 2000 пар оснований. В итоге получается график, на котором близкие к 0 значения означают отсутствие различий в числе копий между бурыми и белыми медведями, а в участках, где имеются эволюционно значимые различия, образуются пики повышенных значений. На рисунке 2 отмечены гены, которые попали в область высоких значений Vst: всего получилось 197 локусов, из которых 134 относились к числу экстремально различающихся (красные точки на рис. 2).

Интересно, что примерно 80% из этих генов оказались представлены большим числом копий у бурых медведей, чем у белых. Вместе с тем, 17 генов оказались представлены большим числом копий у белых медведей, чем у бурых, причем у каждого из участвовавших в исследовании белых медведей было более трех копий этих генов. По-видимому, это те гены, повышенная экспрессия которых оказалась полезна в условиях полярного климата.

Наблюдаемые различия в числе копий генов могут иметь двоякое объяснение: если, к примеру, какие-то гены у бурых представлены большим, а у белых меньшим числом копий, то это может означать, что либо число копий сократилось в популяции белых медведей, либо увеличилось в популяции бурых после разделения этих видов. Чтобы прояснить дело, в анализ добавили данные по двум особям черных канадских медведей, — они здесь служат в качестве представителей внешней группы, поскольку они отделились от вида-родоначальника бурых и белых медведей еще раньше. Исследователи применили метод главных компонент, чтобы проверить, как будут кластеризоваться данные по всем трем видам (рис. 3). Как можно заметить, бурые и черные медведи при всех вариантах анализа группируются вместе, а белые медведи заметно отделены от них. Это говорит о том, что именно у белых медведей произошла основная часть наблюдаемых изменений по числу копий генов.

Конечно, после всего сказанного остается самый интригующий вопрос: у каких же конкретно генов поменялось число копий у бурых и у белых медведей, и как именно это помогало белым медведям в адаптации к изменению среды?

Существуют базы данных, которые содержат описания и классификации всех генов по функциям, — онтологии генов (например, geneontology.org). Они помогают исследователям сориентироваться при решении подобных задач. Выяснилось, что 92 гена из 197 кодируют обонятельные рецепторы, причем 81 из них представлен меньшим числом копий у белого медведя, (и лишь 11 — наоборот). Это не означает снижения остроты обоняния у белых медведей (как раз наоборот, анатомические особенности обонятельного аппарата делают их нос более чутким), но скорее всего указывает на сужение спектра воспринимаемых запахов. Вероятно, в полярных областях разнообразие запахов на самом деле меньше, чем в лесах умеренной зоны, где обитают бурые медведи. Из-за этого некоторые гены могут уходить из-под контроля естественного отбора, следствием чего становится, в конце концов, их полная утрата. Кстати, многие из утраченных генов располагаются в геноме кластерами (это отражено на рис. 2), и, весьма вероятно, утрачивались целыми группами в результате обширных делеций. Изменение числа генов обонятельных рецепторов вообще очень широко распространено в эволюции млекопитающих (об этом также читайте в новости Обоняние и цветное зрение в эволюции млекопитающих развивались в противофазе, «Элементы», 18. 06.2008).

Также уменьшилось с четырех до двух число копий гена амилазы слюны, кодируемой геном AMY1B. Бурые (и черные) медведи всеядны, и растения составляют весомую часть (порядка 70%) их рациона, так что амилаза в слюне им очень кстати: благодаря ей расщепление крахмала начинается уже в ротовой полости. Крахмал может запасаться в самых разных органах растений: листьях, корнях (корнеплодах), стеблях (особенно много его в видоизменениях стеблей, называемых клубнями, которые бывают не только у привычной нам картошки), плодах, семенах. Наличие двух копий гена на гаплоидный геном (и, соответственно, четырех на диплоидный) обеспечивает достаточно высокое содержание амилазы в слюне. У белого медведя рацион практически не включает растений, так что избыточные копии гена опять же потерялись.

Кроме того, у белого медведя оказалось уменьшено (также с четырех до двух на диплоидный геном) число копий гена NOX4, известного у людей в качестве отрицательного регулятора формирования жировой клетчатки. Вероятно, это связано с контролем накопления подкожного жира — важной защитной адаптации в условиях холодного климата. Уменьшено оказалось и число копий нескольких генов ферментов, участвующих в преобразовании жирных кислот и синтезе эйкозаноидов — соединений, выполняющих достаточно разнообразные регуляторные функции в организме, включая, в частности, контроль иммунных реакций и развитие мышечной ткани. Вполне возможно, что изменение числа копий этих генов каким-то образом связано с имеющимися особенностями метаболизма и физиологии белых медведей по сравнению с бурыми.

Среди генов с повышенным числом копий у белых медведей значительную часть составили гены иммунной системы. Тут можно заметить, что и эта группа генов в целом характеризуется быстрыми эволюционными изменениями в ответ на смену зоны обитания и условий среды у млекопитающих, и наличие таких изменений у белых медведей не удивительно — вероятно, дополнительные копии некоторых из этих генов помогали и помогают животным благополучно справляться с местными бактериями, вирусами и другими паразитами, возбудителями заболеваний. Также повышенная копийность обнаружилась у гена KRTAP21-2. Кодируемый им белок связывается с кератинами и участвует в формировании стержня волоса. Таким образом, этот ген имеет отношение к определению структуры шерстяного покрова. У белых медведей имеются особенности тонкого строения шерстинок, и, к тому же, они отличаются от бурых медведей более густым подшерстком. Вполне возможно, что эти особенности если не полностью, то по крайней мере отчасти, связаны с повышенным числом копий гена KRTAP21-2. У бурых медведей медиана числа копий этого гена равна 8 на диплоидный геном, а у белого — 13 (рис. 4).

Таким образом, проведенное исследование — это наглядный пример того, как простые количественные мутации в виде изменения числа копий генов участвуют в эволюционном процессе, позволяя организмам необычайно быстро (по меркам эволюционной истории) адаптироваться к новым условиям и приобретать заметные отличия морфологии, физиологии, а возможно, и поведения.

Источник: David C. Rinker, Natalya K. Specian, Shu Zhao, and John G. Gibbons. Polar bear evolution is marked by rapid changes in gene copy number in response to dietary shift // PNAS. 2019. DOI: 10.1073/pnas.1901093116.

Татьяна Романовская

Разница между белым медведем и бурым медведем

Автор: Naveen

Белый медведь против бурого медведя

Белый медведь и бурый медведь — два хищных млекопитающих, живущих в двух разных экосистемах. Оба они принадлежат к одному роду и разным видам. Они демонстрируют ряд различий, включая цвет шерсти, и эта статья направлена ​​​​на обсуждение их характеристик с акцентом на различные особенности.

Белый медведь

Белый медведь (Ursus maritimus) — привлекательное хищное животное, обитающее за Полярным кругом. Они попадают в категорию уязвимых согласно красному списку МСОП, так как их популяция сокращается быстрыми темпами. Это самый крупный наземный член Ордена: Хищник, вес взрослой особи колеблется от 350 до 680 кг, а длина тела может достигать трех метров. Белые медведи демонстрируют множество приспособлений к жизни в снегу. Их ноги коренастые, с длинным носом и маленькими ушами. Кроме того, у белых медведей большие ноги, на которых удобно ходить по снегу и плавать в море. Лапы имеют мягкие сосочки для лучшего сцепления со льдом. Их когти короткие и коренастые, что помогает им ловить тяжелую добычу. Иногда их относят к морским млекопитающим, потому что большую часть своей жизни белые медведи проводят в море. У них маленькие и зазубренные челюсти с острыми и сильными клыками. В отличие от многих хищников, белые медведи не являются территориальными животными. У них отличное зрение и очень хорошее обоняние, что помогает их плотоядным привычкам. Тем не менее, их уникальная и красивая белоснежная шерсть привлекла большую любовь людей.

Бурый медведь

Бурый медведь (Ursus arctos) — хищное млекопитающее, обитающее в Северной Европе, Азии и Северной Америке. Их шерсть серебристо-коричневого цвета. Существует шестнадцать признанных подвидов бурого медведя, обитающих в разных частях Европы, Азии и Северной Америки. У бурых медведей очень большие когти с большим изгибом. Их сильно сложенный вогнутый череп выглядит больше по сравнению с размером тела. По оценкам, их популяция в дикой природе составляет около 20 000 человек, и МСОП относит их к категории наименее обеспокоенных. Бурые медведи также являются крупными хищниками с массой тела от 300 до 700 кг. Их диета всеядна, так как они едят как животную, так и растительную пищу. Бурые медведи территориальны и ведут ночной образ жизни. Их темперамент непредсказуем, нападения на людей часты, но людей обычно избегают.

В чем разница между белым медведем и бурым медведем?

• Белые медведи обитают в арктических водах и снегах, а бурые медведи обитают в регионах с умеренным климатом в Азии, Европе и Северной Америке.

• Белый медведь имеет цвет от белоснежного до желтого, а бурый медведь имеет серебристо-коричневый окрас.

• Белый медведь крупнее многих подвидов бурого медведя. Однако медведь Кадьяк является самым крупным подвидом бурого медведя, и иногда они вырастают крупнее белых медведей.

• У белого медведя более крупные ступни с мягкими сосочками на лапах, а у бурых медведей ступни меньшего размера без сосочков на лапах.

• Белый медведь может плавать быстрее на большие расстояния по сравнению с бурым медведем.

• Белые медведи всегда плотоядны, а бурый медведь всеяден.

• У белого медведя более длинный череп по сравнению с тяжелым и вогнутым черепом бурого медведя.

• У белого медведя маленькие когти, а у бурого медведя большие изогнутые когти.

• Белый медведь не является территориальным животным, а бурый – территориальным.

• Бурый медведь — ночное животное, а белый медведь — нет.

Белый медведь против.

Медведь гризли

Белый медведь — также известный как Ursus maritimus — — крупнейшее наземное хищное животное, тогда как медведь гризли — , североамериканский бурый медведь — второе по величине наземное плотоядное млекопитающее. Эти животные являются близкими родственниками и имеют одинаковую силу и размер. Они достаточно сильны, чтобы уничтожить огромную добычу. Но кто из этих двух медведей победит в схватке? Чем они похожи? Насколько они разные? Давайте сравним медведей.

История эволюции медведя

Белые медведи отделились от других хищников около 38 миллионов лет назад. Самая старая окаменелость белого медведя возрастом от 130 000 до 110 000 лет была найдена в Форленде Принца Чарльза в 2004 году. медведь был найден в Китае и состарился на 500 000 лет.

Многочисленные исследования показали, что коренные зубы белого медведя изменились с зубов гризли между 10 000 и 20 000 лет назад. ДНК доказала, что и белые медведи, и гризли генетически принадлежали к одному и тому же виду, но позже отделились друг от друга около 400 000 лет назад

Поведение обоих видов
  • У обоих видов самцы не участвуют в воспитании детенышей.
  • У белых медведей есть отдаленные ареалы, в то время как у бурых ареалов есть домашний ареал площадью около 44 квадратных миль (155 квадратных километров).
  • Белые и бурые медведи могут ходить на задних лапах.
  • Бурые медведи очень территориальны, а белые медведи — нет.
  • И белые, и бурые медведи предпочитают выходить в сумерках (ведут ночной образ жизни).
  • Белые медведи, как правило, плотоядны, а бурые медведи всеядны.
  • Ожидаемая продолжительность жизни обоих медведей составляет около 25 лет, но самый старый гризли умер в 50 лет.

Белый медведь против. Размер медведя гризли

Общая длина белых медведей составляет около 2,4–3 метров (7 футов 10–9 футов 10 дюймов), а высота в плечах — 122–160 см. Медведи гризли имеют общую длину примерно 1,4–2,8 м и высоту в плечах 70–153 см (2 фута 4–5 футов). Длина хвоста у белого медведя составляет около 7–13 см, а у гризли – около 6–22 см (2,4–8,7 дюйма). Другие физические характеристики медведей можно сравнить следующим образом:

  • По сравнению с медведями гризли череп и нос белого медведя длиннее.
  • Белые медведи — отличные пловцы, но бурые медведи не умеют плавать.
  • Бурые медведи обладают более острыми и длинными когтями, чтобы выкапывать и убивать добычу. У белых медведей более крепкая хватка при ходьбе по льду.
  • Гризли обладают более длинными ногами и ушами, чем у белых медведей.

Какой медведь победит в бою?

Поскольку оба этих млекопитающих чрезвычайно массивны и обладают мощной мускулатурой, нельзя отрицать, что виртуальный поединок между ними будет весьма агрессивным. Однако медведи гризли более выносливы, чем белые медведи, поскольку они обладают более сильными и длинными когтями и удлиненным черепом с острыми и длинными клыками, которые могут полностью отделить плоть от кости.

Среда обитания: Белый медведь против.