МЕДВЕЖЬИ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи
  • Таксономия.
  • Размеры.
  • Размножение и продолжительность жизни.
  • Зимний сон.
  • Эволюция.
  • ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИДОВ
  • Очковый медведь
  • Малайский медведь
  • Медведь-губач,
  • Белогрудый медведь.
  • Черный медведь.
  • Бурый медведь.
  • Белый медведь.

МЕДВЕЖЬИ (Ursidae), семейство крупных, коренастых, покрытых густой шерстью хищных млекопитающих, с сильными лапами и очень коротким хвостом, удлиненной головой, маленькими глазами и небольшими закругленными ушами. Клыки большие, остроконечные, но коренные зубы довольно широкие и плоские с бугристой или «морщинистой» жевательной поверхностью. Они специализированы не столько для перегрызания мяса, сколько для дробления растительной пищи. Губы могут вытягиваться вперед трубкой. На ногах пять пальцев. Медведи, как и человек, относятся к стопоходящим видам, т.е. опираются при ходьбе на всю подошву вместе с пяткой. Когти длинные и не втягивающиеся. У большинства современных видов диплоидное число хромосом 74; у очкового медведя (Tremarctos ornatus) их 52, а у гигантской панды (Ailuropoda melanoleuca) – 42.

Таксономия.

Семейство медвежьих входит в отряд хищных (Carnivora) и разделяется на 4 подсемейства, одно из которых, Agriotheriinae, объединяет виды, вымершие в плейстоцене. Подсемейство пандовых (Ailuropodinae), включающее большую панду (бамбукового медведя) из Китая, долгое время вызывало споры среди систематиков: некоторые из них относили его к семейству енотовых (Procyonidae), а другие считали особым семейством Ailuropodidae. Однако более детальное изучение анатомических признаков, а также данных палеонтологии и молекулярного анализа позволило все же отнести большую панду к медвежьим. См. также ПАНДЫ.

В таком объеме семейство состоит из пяти современных родов и восьми видов. Единственный вид подсемейства Tremarctinae обитает в Южной Америке; подсемейство Ursinae с 3 родами и 6 видами распространено в Северной Америке, Азии и Европе. В Африке в настоящее время медведей нет, хотя представители вымершего подсемейства Agriotheriinae когда-то жили на юге этого континента, а один из подвидов бурого медведя, Ursus arctos crowtheri, водился на горном массиве Атлас в Марокко и Алжире до начала 19 в., пока не был полностью истреблен.

Размеры.

Самый мелкий медведь – малайский (Helarctos malayanus), а самый крупный – аляскинский бурый (U. a. middendorffi) и белый (U. maritimus). Общая длина первого вида может быть ок. 1 м при высоте в холке менее 68 см (когда зверь стоит на четырех лапах) и массе ок. 27 кг. Аляскинский бурый медведь – самый крупный наземный хищник. Его длина достигает 2,25 м (по неподтверженным данным – 2,8 м), высота в холке 1,3 м, а масса 770 кг. Стоя на задних ногах, он может дотянуться до предметов, находящихся на высоте 4,5 м. Белые медведи бывают длиной до 2,5 м при высоте в холке до 1,6 м и массе более 770 кг.

Размножение и продолжительность жизни.

Медведица приносит потомство раз в два-три года. Брачный сезон в большинстве случаев длится с конца весны до начала лета (с июня до начала июля в Северном полушарии), хотя бурый медведь может начать спариваться и в апреле, а белый, вероятно, даже в феврале. Беременность у белого медведя в среднем продолжается 240 дней (195–265), у гризли – 208 дней (180–250), а у черного медведя – 200–210 дней.

Однако истинный срок развития эмбриона короче, поскольку он у медведей не сразу имплантируется в стенку матки, а спустя значительный срок – вплоть до 6 мес, а возможно, и больше. Развитие эмбриона приостанавливается, затем, после имплантации, оно быстро завершается. У черного медведя эмбрион, зачатый во время июньского спаривания, иногда имплантируется только в ноябре.

В Северном полушарии большинство медвежат рождаются в январе или феврале, хотя у белых медведей они могут появляться на свет в конце ноября, а у бурых медведей в Гималаях – только в мае. Медведица приносит от 1 до 5 детенышей в помете, причем в первый раз обычно рождается один медвежонок, а затем чаще бывают двойни. Детеныши рождаются слепыми (глаза открываются примерно через 4 нед), беззубыми, почти голыми и беспомощными. По сравнению с родителями они очень мелкие и весят от 227 до 453 г.

Обычно медвежата остаются с матерью до ее следующей беременности, т.е. примерно полтора года, но иногда уходят от нее после первой же осени или, наоборот, задерживаются на все второе лето и дольше. Половая зрелость наступает в возрасте от 2,5 до 4 лет или даже к 6 годам, но размножаться медведи, особенно самцы, могут начать и намного позже. Максимальные размеры достигаются через несколько лет после завершения полового созревания. В природе медведи живут до 15–30 лет, причем 20-летний зверь считается уже старым. В неволе продолжительность их жизни бывает гораздо больше; известен бурый медведь, доживший до 47 лет.

Зимний сон.

Некоторые виды медведей, особенно те, что обитают в областях с суровыми зимами, проводят самую холодную часть года, погрузившись в глубокий сон в берлоге. Беременные самки рожают там медвежат, однако самцы и небеременные могут вообще не прекращать зимой активности, оставаясь «шатунами».

Зимний сон медведей – не настоящая спячка, так как метаболические процессы в организме не замедляются, и зверя легко разбудить. В настоящую спячку впадает, например, американский суслик Spermophilus parryii. В активном состоянии температура его тела близка к 38° С, а во время зимовки опускается почти до 0° С. У впавшего в зимний сон черного медведя температура тела, летом равная примерно 38° С, снижается до 34–31° С.

Эволюция.

В отряде хищных медвежьи – самая молодая группа, обособившаяся от древних волчьих в позднем миоцене, ок. 10 млн. лет назад или немного раньше. Первые медведи были во многом похожи на волков.

Современный род Ursus, известный с позднего плиоцена в Европе и Азии (примерно 3 млн. лет назад), вскоре после этого достиг Северной Америки. Первые его представители были небольшими, величиной с современного малайского медведя, но в плейстоценовую эпоху появились и виды-гиганты. Самый крупный из них – пещерный медведь (U. spalaeus), живший в Европе, соперничал по своим габаритам с бурым аляскинским; ему почти не уступали первые бурые медведи (U. arctos), появившиеся в Китае ок. 400 000 лет назад.

В Европе найдены остатки сотен тысяч пещерных медведей. Самая удивительная находка сделана в Драконовых пещерах в Австрии: здесь обнаружены кости приблизительно 30 000 этих животных. Многие кости принадлежат неполовозрелым, больным или старым особям, которые в течение столетий погибали здесь во время зимней спячки. Возможно, причиной тому было ослабление организма в предшествовавший летний период из-за болезни, старости или недостатка корма.

Европейский пещерный медведь вымер примерно 12 000 лет назад. Хотя люди и охотились на него, вряд ли именно это привело к исчезновению вида. Возможно, решающим фактором здесь оказалась конкуренция с бурым медведем.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИДОВ

Очковый медведь

(Tremarctos ornatus) – единственный представитель семейства в Южной Америке. Он обитает в основном в прохладных лесах западного макросклона Анд от запада Венесуэлы и Колумбии и, возможно, юга Панамы до запада Боливии. Косматый мех черного или черновато-бурого цвета, с белесыми или желтоватыми отметинами на морде, где они окружают глаза наподобие очков, а также на горле и груди, где образуется узор в виде кольца неправильной формы. Впрочем, эти пятна очень изменчивы, а у некоторых особей вообще отсутствуют. В длину очковый медведь достигает 1,8 м (плюс 7 cм хвост) при высоте в холке до 76 см и массе 140 кг. Зверь в основном растительноядный, предпочитает листья, молодые побеги, плоды и корни растений.

Малайский медведь

(Helarctos malayanus), или бируанг, обитает в тропических и субтропических лесах предгорий и гор Юго-Восточной Азии. Он распространен от северо-востока Индии (Ассам) и, возможно, южной и центральной части Китая (Сычуань) через Мьянму, Таиланд, Лаос, Камбоджу и Малайзию до Индонезии (Суматра и Борнео). У него короткий гладкий черный мех, который обычно переходит в светло-бурый на ногах и в белесый или оранжево-желтый на морде; на груди – большое беловатое или оранжево-желтое пятно в виде подковы. Эта отметина, напоминающая по форме и цвету восходящее солнце, объясняет латинское название рода, означающее «солнечный медведь». Самый мелкий представитель семейства, он достигает в длину 1,4 м (плюс 5 см хвост) при высоте в холке 70 см и массе чуть более 100 кг. Питается ящерицами и другими мелкими позвоночными, насекомыми и плодами; очень любит мед.

Медведь-губач,

или «медведь-ленивец», называемый так за медлительную походку; латинское название (Melursus ursinus) указывает на любовь к меду (meli). Обитает губач в тропических и субтропических лесах Индии и Шри-Ланки. У него длинный и лохматый мех, особенно на плечах, в основном черный, но часто с примесью серых, коричневых или рыжеватых волос. Иногда они преобладают, и встречаются губачи рыжие или рыжевато-бурые. Морда серая или желтоватая. Когти белесые. На груди отчетливое беловатое, желтоватое или рыжевато-бурое пятно, похожее на букву V или Y. Медведь-губач, подобно муравьеду, в ходе эволюции специализировался на питании колониальными насекомыми. Его губы и морда почти голые и очень подвижные, а ноздри могут произвольно закрываться. Зубы мелкие, причем два центральных верхних резца отсутствуют, создавая проход, продолжающий «трубку» из вытянутых подвижных губ, необходимую при добывании, например, термитов. Вскрыв термитник своими мощными когтями, медведь закрывает ноздри, чтобы в них не попала пыль, и громко втягивает губами воздух, высасывая из гнезда насекомых. Губач достигает в длину 1,8 м (плюс 12 см хвост) при высоте в холке 91,5 см и массе ок. 135 кг.

Белогрудый медведь.

Белогрудого медведя (Ursus thibetanus), называемого также гималайским, иногда выделяют в отдельный род Selenarctos, что означает «лунный медведь». Он обитает в холмовых и горных лесах и кустарниках и распространен от Ирана через Афганистан, Пакистан и Гималаи на севере Индии до Кореи и Японии. На севере ареал захватывает также северо-восток Китая (Манчжурию) и Приморский край России, а на юге доходит до севера Вьетнама и островов Хайнань и Тайвань. Мех обычно черный, но встречаются также особи буроватого или рыжеватого цвета. Вдобавок к белесым отметинам, обычным на морде и подбородке, на груди всегда есть белое пятно в виде буквы V; оно напоминает полумесяц, и именно из-за него медведя называют лунным. Зверь достигает в длину 1,6 м (плюс 10 см хвост), высоты в холке примерно 75 см и массы ок. 120 кг. Его рацион в основном вегетарианский.

Черный медведь.

Населяющий большую часть лесной зоны Северной Америки черный медведь, или барибал (Ursus americanus), распространен от севера Аляски через всю Канаду до Лабрадора и Ньюфаундленда, а на юге доходит до центральных штатов Мексики (Наярит и Тамаулипас). Иногда его выделяют в отдельный род Euarctos. Мех обычно блестящий черный, буроватый на морде и с маленьким белым пятном на груди, однако известны и другие варианты окраски. Самые обычные из них – оттенки бурого; рыжевато-бурые барибалы характерны для запада США. Бывает, что в одном помете встречаются и черные и бурые медвежата. Иные варианты окраски: голубая, точнее, иссиня-черная, с буроватой мордой, и белая или желтовато-белая, с карими глазами. Голубая форма, встречающаяся в районе залива Якутат и гор Святого Ильи на юго-востоке Аляски, известна под названием «ледниковый медведь». Белый барибал, которого называют еще кермодским или островным белым медведем, встречается у центрального побережья Британской Колумбии на острове Грибл.

Зверь достигает в длину примерно 1,8 м (плюс 15 см хвост) при высоте в холке ок. 102 см и массе обычно 90–135 кг, хотя некоторые особи весят до 270 кг.

Бурый медведь.

Широко распространенный некогда в Северном полушарии бурый медведь (Ursus arctos) был обычен по всей Европе, достигая северо-запада Африки, а через Сибирь и Китай доходя до Японии. В Северную Америку он попал из Азии через Берингов перешеек, возможно, ок. 40 000 лет назад и широко расселился в западной части континента от Аляски до севера Мексики. Сегодня, оставаясь довольно обычным видом в Скандинавии, России, Сирии, местами в Китае, на Аляске и северо-западе Канады, он истреблен на большой части прежнего ареала. В Европе сохранились преимущественно разобщенные популяции в Пиренеях, Альпах, центральной части Италии и Карпатах. В Японии зверь еще встречается на острове Хоккайдо.

Когда-то считалось, что группа бурых медведей весьма неоднородна. Только в Северной Америке ее разделяли примерно на 80 самостоятельных видов. Сегодня, хотя популяционные различия существуют и всеми признаются, им не придают столь важного значения, и всех бурых медведей объединяют в один широко распространенный вид с множеством географических рас или подвидов. Таковы, например, гризли (U. a. horribilis) и аляскинский бурый медведь (U. a. middendorffi), когда-то выделявшиеся в отдельные виды (на подвидовой ранг таксона указывает третье слово в латинском названии). Американские бурые медведи, распространенные некогда от Аляски до Техаса и севера Мексики, в настоящее время водятся только на Аляске, западе Канады (Юкон, запад Северо-Западных территорий и Альберты, Британская Колумбия), в Айдахо, Монтане и Вайоминге. Калифорнийский гризли, изображенный на флаге Калифорнии, вымер примерно в 1925.

Цвет меха у бурого медведя варьирует от кремово-белого через различные оттенки бурого до синеватого и почти смолисто-черного. В Европе обычна бурая форма. В Северной Америке встречаются все варианты, от желтоватого до почти черного. Волосы, особенно на спине, могут быть на конце белыми, создавая впечатление серого или седого оттенка. Такая шуба типична не только для американского гризли, но и бурого медведя в горах Тянь-Шаня. Целиком седовато-белый волос встречается у бурых медведей в Гималаях, а бледный рыжевато-бурый – в Сирии.

В пределах ареала размеры зверя варьируют. Гризли достигают в длину 2,1 м при высоте в холке более 1 м и массе до 385 кг. Длина европейского бурого медведя обычно 1,25–2,0 м при высоте в холке ок. 1 м и массе от 135 до 250 кг.

Белый медведь.

Белого медведя (Ursus maritimus) иногда выделяют в отдельный род Thalarctos. Обитает он в Арктике. Ареал вида меняется в соответствии с сезонными изменениями границы полярных льдов: летом он отступает вместе с ними ближе к полюсу, а зимой расширяется на юг. Хотя белый медведь держится преимущественно на побережье и плавучих льдинах, зимой он может залегать в берлогу на материке, иногда в 50 км от моря. Летом звери также забредают довольно далеко от берега в поисках ягод, птичьих яиц и другого корма.

Характерные особенности, отличающие белого медведя от его сородичей, – относительно длинные ноги, узкая грудь, длинная шея и довольно мелкая плоская голова. Кожа, мочка носа, губы, подушечки лап и глаза черные, а цвет шерсти варьирует от белого или сероватого до желтоватого или желтовато-рыжего. Оттенок шубы часто зависит от сезона, возраста (у медвежат шуба белее, чем у взрослых) и других факторов, например, летом мех может желтеть вследствие постоянного воздействия солнечного света.

Белые медведи бывают очень больших размеров. Самые мелкие звери водятся на Шпицбергене, а по мере движения на запад через Гренландию и Северную Америку к Берингову морю их размеры возрастают. Аналогичный размерный градиент прослеживается и в восточном направлении от Шпицбергена через Сибирь к Берингову морю. Длина самцов в среднем ок. 2,2 м, но варьирует от 1,9 до 2,4 м. Медведицы мельче, обычно длиной от 1,8 до 2,0 м. Длина хвоста у обоих полов от 8 до 13 см. Высота в холке 0,9–1,2 м, но у особо крупных самцов достигает 1,6 м. Масса взрослых самцов обычно 360–400 кг, хотя варьирует в пределах от 300 до 800, а взрослых медведиц – в среднем 320 кг, но бывает и всего 160 кг.

Древние медведи: прочитать по книге генома

Сайт Наука в Сибири 6 июля 2017 г.
Газета Наука в Сибири №26 (3087) от 6 июля 2017 г.
Интернет-издание Сиб.фм 6 июля 2017 г.
Сайт Наш дом Новосибирск 6 июля 2017 г.
Сайт ГТРК “Новосибирск” 7 июля 2017 г.
Сайт Новосибирские Новости 7 июля 2017 г. 
Сайт Российской Газеты 7 июля 2017 г.
Портал Научная Россия 7 августа 2017 г.  

Несколько миллионов лет назад не было ни белых, ни бурых, ни гималайских медведей, но благодаря эволюции и изменениям климата предки косолапых приспособились к условиям среды, разделившись на уже известные нам виды. Узнать о том, как давно существуют те или иные представители этого семейства и насколько они родственно связаны, помогает анализ древней ДНК, который проводится учеными из Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН

.

Древнюю ДНК получают из любых археологических или палеонтологических образцов: костных останков, зубов, мумифицированной ткани, шерсти, перьев, скорлупы, зерен растений. В этом ученым помогает так называемая полимеразная цепная реакция — экспериментальный метод, позволяющий добиться увеличения малых концентраций фрагментов ДНК в биологическом материале.

Когда появилась возможность выделять ДНК из древних образцов, начали создаваться науки на стыке разных дисциплин — в том числе археогенетика (или палеогенетика), включающая в себя анализ древней ДНK, где для нового взгляда на археологические образцы используются молекулярные методы.

Впервые древняя ДНК была выделена в 1984 году из музейного экспоната квагги: вымершего вида семейства лошадиных. Поначалу методы были малоэффективны, но с развитием ПЦР начались массовые исследования ДНК из древних образцов, в том числе вымерших млекопитающих, динозавров и даже организмов, заключенных в янтаре. Научный мир с оптимизмом воспринял подобные работы, но с применением ПЦР возникла такая проблема, как контаминации — случайное загрязнение объекта чужеродной ДНК.

Квагга в Лондонском зоопарке

— Например, динозавры в итоге оказались ближайшими родственниками куриц — хотя, скорее всего кто-то из лаборатории в этот день ел блюдо с таким мясом, — рассказывает младший научный сотрудник лаборатории сравнительной геномики ИМБК СО РАН Анна Сергеевна Дружкова

. — Подобные ошибки связаны с тем, что полимеразная цепная реакция лучше идет на ДНК из современных образцов — ведь у них можно взять кровь или мышечную ткань, и они не подвергались длительному воздействию разрушающих факторов.

Если обладать специальным оборудованием и методами, геном различных животных считывается как открытая книга, однако древние образцы зачастую представляют собой разорванные книги или обрывки страниц с несохранившимися текстами. Иногда в образце просто не сохраняется ДНК — остается только свалка того, что было рядом: информация о почве, выкапывавших образец людях, принявших участие в разложении микроорганизмах, различных грибах и бактериях. В идеальных условиях расчет сохранности ДНК составляет один миллион лет, но не каждый образец после смерти попадает в “холодильник” на -74 °C. Поэтому когда началась работа с ДНК, ученые прежде всего обращали внимание на образцы из вечной мерзлоты (например, мамонтов) либо из пещер с сухим микроклиматом, благодаря которому организм мумифицировался.

— В наших исследованиях были костные образцы, которые подверглись прохождению через пищеварительный тракт гиен, что тоже воздействовало на ДНК, — добавляет Анна Дружкова. — Чтобы отличить, выделили ли вы ДНК из искомого образца, сидевшего рядом ученого или собаки, которая дома потерлась об его ногу, были придуманы строгие критерии аутентичности.

Они подразумевают работу в лабораториях в специальном скафандре, обработку всех поверхностей специальными деконтоминаторами и смену перчаток при каждом соприкосновении с новым образцом.

Для более точного результата при приготовлении геномных библиотек нужно убирать контаминации путем исключения высокомолекулярных фрагментов, так как они относятся к современным организмам. Древняя ДНК деградирует и может содержать от 70 до 120 пар нуклеотидов, в то время как в современной их около 1000 — даже если учитывать самые мелкие фрагменты. Поэтому можно с уверенностью исключать крупные, не говоря уже о том, что большее покрытие при секвенировании дает возможность отобрать нужные последовательности в спорных моментах, которые ученые считают контаминациями.

— Когда мы начали свои работы с древней ДНК, возник вопрос, где брать образцы, и здесь нам помог Институт археологии и этнографии СО РАН, — добавляет исследовательница. — В нем есть коллекции костей различных млекопитающих, с помощью которых реально восстановить эволюционную историю какого-либо вида. Для нашего исследования были взяты образцы медведей — бурых и вымерших малых пещерных. Насчет последних возникло много споров: другие генетики уже исследовали костные образцы с Алтая и утверждали, что там обитали только бурые медведи. Однако на основании морфометрических показателей наши коллеги считали, что на Алтае жили и другие виды.

Сравнение костей современного бурого медведя и вымершего малого пещерного медведя

Часть образцов была взята из Денисовой пещеры — места, где благодаря микроклимату хорошо сохраняется ДНК. Также использовались кости, вымывшиеся на берега сибирских рек Чумыш и Чик. Возраст образцов оттуда составил примерно 32 000 лет, и, несмотря на то, что кости почернели и плохо сохранились, современные методы позволили получить митохондриальный геном даже из них.

— Чтобы выделить ДНК, мы используем широко распространенный способ, — поясняет Анна Дружкова. — Для начала убираем верхний слой кости (где больше всего контаминаций) с помощью алмазного диска, измельчаем небольшой фрагмент в пудру и растворяем в специальном растворе, очищая от препятствующих ПЦР загрязнений.

Естественно, из древнего образца выделяется всё, что находилось рядом: грибы, бактерии, люди.

Содержание митохондриальной ДНК в образце невелико, так как определенное место занимает ядерная ДНК и различные контаминации. Поэтому ученые используют протокол обогащения с помощью зондов (фрагментов) из ДНК современного образца этого же либо близкородственного вида. К современной ДНК как к магниту притягиваются наиболее похожие фрагменты древней, содержащие уникальные бар-коды — словно одинаковые бирки, по которым в ходе биоинформационного анализа можно отсортировать все последовательности из древнего образца и не спутать с современным, взятым для обогащения. Таким образом из всей смеси ДНК из древнего образца ученые “вытягивают” искомые митохондриальные фрагменты.

— Бурые медведи, которые фигурировали в нашем исследовании, действительно относятся к бурым, без погрешностей, — подчеркивает исследовательница. — То же самое с пещерными. Это важный результат, ведь молекулярно доказано, что на территории Западной Сибири обитали представители разных видов из семейства медвежьих.

Сверху — нижняя челюсть бурого медведя, ниже — нижняя челюсть малого пещерного медведя

Благодаря очистке от контаминаций и обогащению библиотек для секвенирования ученым удалось собрать митохондриальные геномы и построить филогенетическое дерево, отражающее эволюционные взаимосвязи между разными представителями медвежьих. Дело в том, что в результате последнего ледникового максимума небольшая группа бурых медведей расселялась по всей Евразии. Исследователям из ИМКБ СО РАН удалось показать, что на территории Сибири жили представители из более ранних миграционных волн, следы которых остались в современных популяциях медведей Японских островов и Аляски. Так, алтайские медведи из раскопа Колывань возрастом в 3 500 лет и из Денисовой пещеры возрастом в 5 000 лет входят в заключительную волну мигрантов, расселившихся в последние 10 000 лет, а медведь с реки Чумыш, которому 32 000 лет, относится к предпоследней миграционной волне, прошедшей 30-50 тысяч лет назад.

— Еще у нас был медведь возрастом около 32 000 лет с реки Чик, — рассказывает Анна Дружкова. — Он также принадлежит к группе бурых медведей, наиболее близких к современным белым и бурым, которые сейчас встречаются на островах Адмиралтейском и Баранова. Когда мы поняли, что данных по современным медведям в Сибири недостаточно, так как территория очень большая, коллеги поделились с нами современным образцом из Иркутска. Мы сделали по нему обогащение, и выявили, что он тоже относится к этой уникальной группе из предпоследней миграционной волны, — один из сорока современных медведей оказался с таким уникальным гаплотипом!

По ранее полученным расчетам общий предок с бурыми и пещерными медведями жил около трех миллионов лет назад. На основании исследования ученых из ИМКБ СО РАН можно утверждать, что бурые медведи, которые существовали на территории Сибири, были очень разнообразны, и их следы реально найти по всему современному ареалу обирания.

Самыми первыми от общего предка отделились американские и тибетские медведи, а потом уже пещерные, белые и следом — все бурые. На многие преобразования повлияли климатические изменения и ледниковые периоды, поэтому ареалы обитания бурых и белых смешивались. Однако белые были отдельным видом порядка 700 000 лет назад по теоретическим расчетам на основании анализа ядерных генов современных медведей.

Сибирские ученые использовали гризли и гималайского медведя как аут-группу (наиболее близкородственные виды), но они находятся на далеко лежащей ветви. По митохондриальной ДНК также встречается родство бурых медведей с белыми, однако если смотреть на ядерную, становится ясно, что белые — однозначно более ранняя отделившаяся ветвь. Поэтому с пещерными медведями может быть то же самое, ведь митохондриальная ДНК дает информацию только по материнской линии. Пока нельзя сказать, что малые пещерные медведи — отдельный вид среди пещерных, но точно можно утверждать, что они действительно отличаются от бурых.

Алёна Литвиненко
Фото 1 – Wikipedia.org
Фото 2 и 3 предоставлены Анной Дружковой

PDF-файл статьи

Источник: 

http://www. sbras.info/articles/simply/drevnie-medvedi-prochitat-po-knige…

Источник: 

http://www.sbras.info/system/files/26.pdf

Источник: 

https://sib.fm/news/2017/07/06/novosibirskie-genetiki-prochitali-genom-d…

Источник: 

https://ndn.info/novosti/15659-novosibirske-uchenye-ustanovili-kakie-med…

Источник: 

http://www.nsktv.ru/news/obshchestvo/sibirskie_genetiki_smogli_rasshifro…

Источник: 

http://nsknews.info/materials/genom-drevnego-medvedya-prochitali-uchyeny…

Источник: 

https://rg.ru/2017/07/07/reg-sibfo/sibirskie-genetiki-dokazali-sushchest…

Источник: 

https://scientificrussia.ru/articles/uchenye-iz-instituta-molekulyarnoj-…

Геном североамериканского бурого медведя или гризли: Ursus arctos ssp.

ужасный
  • Список журналов
  • Гены (Базель)
  • PMC6315469

Гены (Базель). 2018 декабрь; 9(12): 598.

Опубликовано в сети 30 ноября 2018 г. doi: 10.3390/genes9120598

, 1, * , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1, 2 , 3 , 1, 2 , 3 and 1, 2, 4

Author информация Примечания к статье Информация об авторских правах и лицензиях Отказ от ответственности

Медведь гризли ( Ursus arctos подвид horribilis ) представляет самую большую популяцию бурых медведей в Северной Америке. Его геном был секвенирован с использованием метода построения библиотеки микрофлюидного разделения, и эти данные были дополнены секвенированием с платформы длительного считывания на основе нанопор. Окончательная сборка составила 2,33 Гб с скаффолдом N50 36,7 Мб, а геном сравним по размеру с геномом его близкого родственника белого медведя (2,30 Гб). Анализ с использованием 4104 высококонсервативных генов млекопитающих показал, что 96,1% оказались завершенными в сборке. Автоматическая аннотация генома идентифицировала 19 848 генов, кодирующих белок. Наше исследование показывает, что комбинации двух методов секвенирования, которые мы использовали, достаточно для построения очень непрерывных геномов млекопитающих эталонного качества. Собранная последовательность генома и вспомогательные необработанные чтения последовательностей доступны в NCBI (Национальный центр биотехнологической информации) под идентификатором биопроекта PRJNA493656, а сборка, описанная в этой статье, имеет версию {«type»:»entrez-нуклеотид»,»attrs «:{«текст»:»QXTK01000000″,»term_id»:»1479584270 «,» term_text «:» gb || qxtk01000000 «}} qxtk01000000.

Ключевые слова: Grizzly Bear, Ursus arctos Ssp. Horribilis , Genome, Microfli, Bearbilition, Annoporition. распространенный подвид бурых медведей, обнаруженный в Северной Америке.Бурые медведи ( Ursus arctos ) исторически встречались на большей части территории Северной Америки, Азии, Европы и даже Северной Африки, но потеря среды обитания, вторжение человека и охота этот ареал значительно сократился за последние два столетия [1].0065 (Ursus arctos californicus ) и мексиканский гризли ( Ursus arctos nelsoni ) уже вымерли. Североамериканский бурый медведь является одним из крупнейших хищников на континенте, уступая только своему близкому родственнику белому медведю, и поэтому для поддержания своего рациона ему требуется большая территория. Плотность медведя гризли варьируется от 3 на 100 км 2 в бедных ресурсами внутренних районах Британской Колумбии до 25 на 100 км 2 в богатых ресурсами прибрежных районах [2]. Поскольку вторжение человека в среду обитания гризли продолжается, лучшее понимание их биологии поможет в их сохранении.

ДНК была секвенирована у 20-летнего самца гризли Самсона. Этот медведь осиротел в дебрях Аляски в 1998 году, когда ему не было и года. Его спасли и вырастили в Детском зоопарке Аляски, а затем перевели в зоопарк Торонто.

Сборка генома была сконструирована как из библиотеки Chromium, секвенированной HiSeqX, Illumina (Сан-Диего, Калифорния, США), так и из библиотеки Oxford Nanopore (Оксфорд, Великобритания), секвенированной на секвенаторе MinION. Необработанные данные последовательности полностью взяты из библиотеки Chromium; считывания нанопор использовались только для информации о каркасах для увеличения непрерывности сборки.

Образец крови был взят в рамках планового медицинского осмотра взрослого самца североамериканского бурого медведя в зоопарке Торонто (GAN/ISIS:MIG12-29695490/34125). Часть образца, используемого для секвенирования, была сочтена избыточной после того, как было установлено физическое здоровье животного, и была передана зоопарком. Зоопарк Торонто имеет аккредитацию AZA (аккредитованные зоопарки и аквариумы), CAZA (аккредитованные зоопарки и аквариумы Канады), и все их исследования проводятся в соответствии с сертификацией Good Animal Practice 9.0015® , присвоенный CCAC (Канадский совет по уходу за животными).

Высокомолекулярную ДНК (HMW) экстрагировали из свежего образца цельной крови с использованием набора Qiagen MagAttract HMW DNA Kit (каталожный номер 67563, QIAGEN, Джермантаун, Мэриленд, США) и протокола экстракции геномной ДНК HMW (гДНК), как подробно описано в руководстве пользователя Chromium Genome Reagent Kits Version 2 (PN-120229) [3,4]. Целостность ДНК оценивали с помощью гель-электрофореза в пульсирующем поле (PFGE) с большинством фрагментов ДНК длиной более 50 т.п.н. Размер фрагмента был подтвержден in silico после сборки; средневзвешенная длина молекулы составила 46 т.п.н.

Микрожидкостная секционированная библиотека была создана с использованием системы Chromium от 10× Genomics (10× Genomics, Плезантон, Калифорния, США). GEM (гелевые шарики в EMulsion) были получены путем объединения ДНК, мастер-микса и разделительного масла в приборе 10× Genomics Chromium Controller с микрофлюидным чипом Genome (PN-120216) (10× Genomics). ДНК в каждом GEM подвергалась изотермической амплификации по мере того, как к каждому фрагменту добавлялся штрих-код. Фрагменты со штрих-кодом затем подверглись созданию библиотеки Illumina (в соответствии с Руководством пользователя Chromium Genome Reagent Kits Version 2 (PN-120229).)).

Качество полученной библиотеки оценивали с использованием биоанализатора Agilent 2100 (Санта-Клара, Калифорния, США) и анализа ДНК 1000. Медианный размер вставки составил 375 п.н. Затем библиотеку секвенировали на секвенаторе Illumina HiSeqX с использованием протокола парных концов для получения 855 миллионов считываний по 150 п.н., что соответствует 55-кратному покрытию генома.

Вторая геномная библиотека была создана из того же образца ДНК HMW, но она соответствовала протоколам Oxford Nanopore Technologies. Он был сконструирован с использованием набора библиотеки лигирования SQK-LSK108. Работа с жидкостью выполнялась с использованием наконечников с широким отверстием, чтобы избежать физического разрушения ДНК. Шесть мкг высокомолекулярной ДНК осторожно разрезали, используя 10 проходов вверх и вниз через иглу 26 калибра (BD medical, Franklin Lakes, NJ, USA, кат. № 309).625) и этап выбора размера был завершен с использованием отношения 0,35:1 магнитных гранул PCRClean DX к ДНК (номер по каталогу C-1003-450, ALINE Biosciences, Woburn, MA, USA). NEB Ultra II (New England Biolabs, Ипсвич, Массачусетс, США, каталожный номер E7646A) использовали для восстановления концов и 3′-А-хвоста. NEB Blunt/TA Ligation Master Mix (M0367S) использовали для лигирования адаптеров Oxford Nanopore. Был сделан окончательный выбор размера в соотношении 0,4:1 (магнитные шарики к библиотеке), чтобы исключить более мелкие молекулы. Секвенирование MinION проводилось с использованием FLO-MIN106 (R9Версия) проточной кюветы и программного обеспечения MinKnow 1. 13.1 и GUI 2.0.13. Секвенирование MinION произвело более 1 миллиона прочтений, всего 16 миллиардов пар оснований, с N50, равным 20 211 п.н. Этот объем данных соответствует 7-кратному покрытию генома.

Supernova (версия 2.0.1) [5] использовали для сборки ридов Chromium Illumina. 855 миллионов чтений (55-кратное покрытие) были собраны в первоначальную сборку из 8474 каркасов общей длиной 2,31 Гб и N50 размером 33,78 Мб. Tigmint [6] использовался для устранения потенциальных неправильных сборок на основе охвата чтения по всей сборке. Это послужило отправной точкой для максимально безошибочной перестройки лесов. ARCS [7] был запущен для создания каркаса контигов с использованием чтения Chromium, что позволило максимально использовать эти данные. ССЫЛКИ [8] затем использовались для добавления информации о каркасах к сборке из ридов Nanopore. LINKS — это инструмент, предназначенный для использования неисправленных длинных чтений для создания каркасов и не вносящий в сборку никаких новых баз. Инструмент запускался итеративно восемь раз, каждый раз с использованием большего размера фрагмента для создания псевдопар чтения из данных Nanopore, которые затем применялись к сборке в качестве каркаса. В LINKS значения расстояния 1000, 2500, 5000, 7500, 10 000, 12 500, 15 000 и 30 000 последовательно использовались для достижения результатов построения лесов, наблюдаемых в .

Таблица 1

Статистика сборки и содержание генов для геномных последовательностей, представленных в этом исследовании. Busco: Сравнительный анализ универсальных однокопийных ортологов.

Assembly # of Scaffolds Gaps within Scaffolds Scaffold
N50 (bp)		 Longest Scaffold (bp) BUSCO
Complete Genes (of 4104)
Supernova 8474 21 957 33. 78 × 10 6 105.9 × 10 6 3943 (96.1%)
Tigmint 8728 21,947 26.32 × 10 6 92.41 × 10 6 3943 (96.1%)
ARCS 8679 21,996 27.77 × 10 6 92. 41 × 10 6 3943 (96.1%)
LINKS1 8350 22,219 27.77 × 10 6 92.41 × 10 6 3943 (96.1%)
LINKS8 6673 23,947 36.71 × 10 6 92. 42 × 10 6 3943 (96.1%)
Sealer 6673 15,572 36.71 × 10 6 92.43 × 10 6 3943 (96.1%)

Открыть в отдельном окне

Наконец, с помощью герметика [9] заполнили пробелы, образовавшиеся на предыдущих этапах формирования лесов. Поскольку считывания Illumina из библиотеки Chromium значительно более точны, чем считывания Nanopore, фильтр Блума для цикла Sealer заполнялся только с использованием прежнего набора считываний.

На каждом этапе сборки использовали BUSCO [10] в качестве дополнительной меры для оценки полноты генома. BUSCO (сравнительный анализ универсальных однокопийных ортологов) пытается реконструировать набор из 4104 консервативных генов млекопитающих, а количество реконструированных генов является показателем полноты сборки генома. Девяносто шесть целых процентов набора генов млекопитающих BUSCO были реконструированы как полные гены в этой сборке, и еще 1,9 процента.% генов были идентифицированы как фрагменты генов. Высокая скорость реконструкции генов BUSCO была постоянной на всех этапах процесса сборки, что указывает как на высокое качество сборки, так и на то, что области, богатые генами, с большей вероятностью будут правильно собраны с самого начала из-за их высокого информационного содержания. Гены BUSCO представляют примерно 20% всех генов медведя гризли, и экстраполяция этого набора данных основана на том, что эти гены представляют все гены как по их распределению, так и по структуре.

Геном был аннотирован с использованием эукариотического пайплайна RefSeq [11]. Этот анализ показал наличие 19 848 кодирующих генов, 7061 некодирующего гена, 3671 псевдогена и 119 сегментов гена иммуноглобулина.

Геном медведя гризли имеет диплоидный кариотип из 37 пар хромосом [12,13], и среднее расстояние между гетерозиготными позициями в этой сборке составляет 688 п.н. Основываясь на N50 нашей сборки и предполагаемом размере генома в 2,3 Гб, самые длинные каркасы в сборке медведя гризли, скорее всего, представляют собой полные хромосомные плечи, и наблюдаемые гетерозиготные положения могут служить отправной точкой для дальнейших исследований разнообразия популяции.

Белый медведь является ближайшим родственником гризли, геном которого секвенирован [14]. На основании анализа BUSCO обеих сборок с использованием набора данных млекопитающих с 4301 геном геном медведя гризли является более полным. Геном медведя гризли также более непрерывен, чем геном белого медведя, как подробно описано в .

Таблица 2

Статистика сборки медведя гризли и его ближайшего секвенированного родственника, белого медведя.

Сборка # of Scaffolds Scaffold N50 (bp) Scaffold
L50		 # of Contigs Contig N50 (bp) Contig L50 BUSCO
Complete Genes
Grizzly Bear 6673 36. 71 × 10 6 21 22,245 314 × 10 3 2191 3943 (96.1%)
Polar Bear 23,819 15.94 × 10 6 46 134,162 46 × 10 3 14,124 3890 (94. 7%)

Open in a separate window

A global alignment of the grizzly сборка медведя к сборке белого медведя была выполнена с использованием BWA-MEM (версия 0.7.17) [15] и визуализирована в виде графика Юпитера [16] (адаптация диаграммы Циркос [17]) в формате . Цветные полосы представляют области синтении. Диагональные линии на графике обозначают расщепленные выравнивания, которые могут быть результатом перестановок, но более вероятно, что эти диагональные линии указывают на разные точки разрыва в смежности между двумя сборками, поскольку все они появляются на краях каркасов. При разрешении 10 т.п.н. не было явных разрывов в синтении между двумя сборками.

Открыть в отдельном окне

Юпитер сюжет. Глобальное выравнивание генома с использованием BWA-MEM генома гризли (левая сторона круга) с геномом белого медведя (правая сторона). Соединения показывают выровненные области каждой сборки. Леса гризли ограничены теми, длина которых превышает 10 МБ (> 85% сборки). Были выбраны самые длинные скаффолды белого медведя, чтобы в сумме получить одинаковый объем последовательности (2 Гб). Отображаются только выравнивания длиной более 10 КБ.

Микрофлюидика зарекомендовала себя как надежная технология для создания секционированных библиотек. Эти библиотеки, в свою очередь, значительно повышают качество получаемой сборки генома. Считывания Nanopore предоставляют большое количество вспомогательной информации из независимого источника, которая может подтвердить целостность сборки Supernova. Этот комбинированный подход к сборке генома позволил получить высококачественный эталонный геном. Эталонный геном бурого медведя может служить надежной отправной точкой для дальнейшего изучения эволюционных связей с другими видами медведей и внутривидового разнообразия, присутствующего в популяции медведя гризли.

Мы также хотели бы поблагодарить Genome Canada за их поддержку технологической платформы Genomics и Фонд рака Британской Колумбии за их вклад в инфраструктуру и операции.

Концептуализация, Г.А.Т. и SJMJ; Methodology, GAT, PP, S.D.J. и S.J.M.J.; Software, S.D.J., L.C., J.C. и IB; Валидация, JC и SDJ; Формальный анализ, GAT; Расследование, HK, CD; Resources, CD, MF, MAM, SJMJ; Data Curation, KT, DC, EC, RC; Подготовка письменного проекта, GAT, HK, SJMJ; Написание-обзор и редактирование, GAT, HK, LC, SDJ, JC, IB, KT, DC, EC, PP, RC, YZ, AJM, RM, MF, CD, MAM, SJMJ; Визуализация, JC; Надзор, KT, DC, EC, PP, RC, YZ, IB, AJM, MF, CD, MAM, SJMJ; Администрация проекта, GAT, SJMJ; Приобретение финансирования, G.A.T., S.J.M.J., M.A.M.

Финансирование для проведения этой работы было предоставлено лицами, признанными на http://canadiana.bcgsc.ca, Канадским фондом инноваций и программой CanSeq150 Канадского геномного предприятия (CGEn)

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

1. Миллер К.Р., Уэйтс Л.П., Джойс П. Филогеография и митохондриальное разнообразие искорененных популяций бурого медведя ( Ursus arctos ) в прилегающих Соединенных Штатах и ​​Мексике. Мол. Экол. 2006; 15:4477–4485. дои: 10.1111/j.1365-294Х.2006.03097.х. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

2. Гьюг Л., Гамильтон Т., Остин М. Медведь гризли (Урсус Арктос). Учетные записи и меры по управлению идентифицированной дикой природой – учетные записи V2004. Министерство водных, земельных и воздушных ресурсов Британской Колумбии: Национальная библиотека Канады; Британская Колумбия, Канада: 2004. [Google Scholar]

3. Джонс С.Дж.М., Тейлор Г.А., Чан С., Уоррен Р.Л., Хаммонд С.А., Билобрам С., Мордекай Г., Саттл К.А., Миллер К.М., Шульце А. и др. . Геном белухи ( Delphinapterus leucas ) Гены. 2017; 8:378. doi: 10.3390/genes8120378. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

4. Джонс С.Дж., Хаулена М., Тейлор Г.А., Чан М., Билобрам С., Уоррен Р.Л., Хаммонд С.А., Мангалл К.Л., Чу С., Кирк Х. и др. Геном калана ( Enhydra lutris kenyoni ) Genes. 2017;8:379. doi: 10.3390/genes8120379. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

5. Вайзенфельд Н.И., Кумар В., Шах П., Черч Д.М., Джаффе Д.Б. Прямое определение последовательностей диплоидного генома. Геном Res. 2017; 27: 757–767. doi: 10.1101/gr.214874.116. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

6. Джекман С.Д., Кумб Л., Чу Дж., Уоррен Р.Л., Вандервалк Б.П., Йео С., Сюэ З., Мохамади Х., Болманн Дж., Джонс С.Дж.М., Бирол И. Тигминт: Исправление ошибок сборки с использованием связанных считывается с больших молекул. БМК Биоинформ. 2018; 19 doi: 10.1186/s12859-018-2425-6. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

7. Yeo S., Coombe L., Warren R.L., Birol I. ARCS: Скаффолдинг проектов генома со связанными чтениями. Биоинформатика. 2018; 34:725–731. doi: 10.1093/биоинформатика/btx675. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

8. Уоррен Р.Л., Ян С., Вандервалк Б.П., Бехсаз Б., Лагман А., Джонс С.Дж.М., Бирол И. ССЫЛКИ: Масштабируемое построение черновиков геномов без выравнивания с длинным чтением. Гигасайнс. 2015; 4 doi: 10.1186/s13742-015-0076-3. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

9. Паулино Д., Уоррен Р.Л., Вандервалк Б.П., Рэймонд А., Джекман С.Д., Бирол И. Силер: Масштабируемое приложение для закрытия пробелов для окончательной обработки черновика геномы. БМК Биоинформ. 2015;16:230. doi: 10.1186/s12859-015-0663-4. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

10. Уотерхаус Р.М., Сеппи М., Симао Ф.А., Манни М., Иоаннидис П., Ключников Г., Кривенцева Е.В., Здобнов Е.М. Применение BUSCO от оценки качества до предсказания генов и филогеномики. Мол. биол. Эвол. 2018; 35: 543–548. doi: 10.1093/molbev/msx319. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

11. Прюитт К.Д., Браун Г.Р., Хиатт С.М., Тибо-Ниссен Ф., Асташин А., Ермолаева О., Фаррелл С.М., Харт Дж., Ландрам М.Дж., МакГарви К.М. и др. RefSeq: обновленная информация об эталонных последовательностях млекопитающих. Нуклеиновые Кислоты Res. 2014;42:D756–763. дои: 10.1093/нар/гкт1114. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

12. Wurster-Hill D.H., Bush M. Взаимосвязь паттернов дискретизации хромосом у гигантской панды ( Ailuropoda melanoleuca ), гибридного медведя ( Ursus middendorfi). X Thalarctos maritimus ) и других хищников. Цитогенет. Сотовый Генет. 1980; 27: 147–154. doi: 10.1159/000131475. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

13. Nash W.G., Wienberg J., Ferguson-Smith M.A., Menninger J.C., O’Brien S.J. Сравнительная геномика: отслеживание эволюции хромосом в семействе Ursidae с использованием реципрокной окраски хромосом. Цитогенет. Сотовый Генет. 1998;83:182–192. doi: 10.1159/000015176. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

14. Liu S., Lorenzen E.D., Fumagalli M., Li B., Harris K., Xiong Z., Zhou L., Korneliussen T.S., Somel M., Babbitt C. ., и другие. Популяционная геномика показывает недавнее видообразование и быструю эволюционную адаптацию белых медведей. Клетка. 2014; 157:182–192. doi: 10.1016/j.cell.2014.03.054. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

15. Ли Х., Дурбин Р. Быстрое и точное выравнивание коротких прочтений с помощью преобразования Берроуза-Уилера. Биоинформатика. 2009 г.;25:1754–1760. doi: 10.1093/биоинформатика/btp324. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

16. Chu J. Jupiter Plot: основанный на Circos инструмент для визуализации согласованности сборки генома (версия 1.0). Зенодо. [(по состоянию на 15 ноября 2018 г.)]; doi: 10.5281/zenodo.1241235. Доступно на сайте: https://zenodo.org/record/1241235#.XA92q2hKiUk [CrossRef]

, Марра М.А. Циркос: информационная эстетика для сравнительной геномики. Геном Res. 2009 г.;19:1639–1645. doi: 10.1101/gr.092759.109. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Статьи от Genes предоставлены здесь Многопрофильным институтом цифровых публикаций (MDPI)

Биология и генетика белого медведя

Вернуться к последним историям

Фото: Daniel J. Cox

Д-р Эван Ричардсон и д-р Джошуа Миллер

MINS

 

01 сент. 2022

Белые медведи известны во всем мире. Их большой размер тела, белый мех, крючковатые когти и маленькие уши — все это отличительные черты хищника, хорошо приспособленного к арктической среде. Но как развивались эти функции? Короче говоря, все упирается в генетику.

Основы генетики

Одним из величайших открытий, сделанных в области биологии и медицины в 20-м веке, была структура и функция ДНК. Джеймсу Уотсону, Фрэнсису Крику, Розалинде Франклин и Морису Уилкинсу приписывают то, что они собрали воедино кусочки головоломки, чтобы идентифицировать элегантную структуру двойной спирали ДНК. В совокупности они определили как структуру ДНК, так и то, как она реплицируется.

ДНК подобна чертежу дома, где определенные последовательности нуклеотидов, называемые генами, излагают планы построения белков , которые затем объединяются, как кирпичи и раствор, для формирования всех структур клетки и тела. . Гены и экспрессия генов контролируют все, что происходит в жизни. Они составляют основу существующего сегодня биологического разнообразия.

Более того, эти чертежи передаются из поколения в поколение. Длинные нити ДНК организованы в хромосомы. Дети наследуют их от своих родителей, комбинируя чертежи от мамы и папы, иногда с небольшими изменениями. Некоторые черты контролируются одним геном, но на многие влияют несколько генов. Большая часть области генетики сосредоточена на выявлении генов, которые контролируют различные черты организма, и на понимании того, как они наследуются и проявляются от одного поколения к другому.

Геном белого медведя имеет длину примерно 3,5 миллиарда пар оснований, причем все эти пары оснований упакованы в 37 пар хромосом (у человека их 23). И это то, что делает белого медведя… белым медведем!

Фото: Б. Дж. Киршхоффер / Polar Bears International

Как эволюционировали белые медведи?

На самом базовом уровне в процессе эволюции путем естественного отбора участвуют особи с полезными чертами, оставляющие больше потомства, чем особи, у которых этих черт нет. Если признаки контролируются генами, то частота полезных генов будет увеличиваться в популяции в ответ на давление отбора. Хотя Дарвин знал, что черты наследуются от родителей к потомкам, именно Уотсон и Крик описали молекулярную основу этого наследования, позже получив Нобелевскую премию за свою новаторскую работу.

За 70 или около того лет, прошедших с момента открытия ДНК, наука продвинулась до такой степени, что теперь можно определить всю последовательность ДНК любого вида, последовательность его генома дешевле, чем стоимость плазменного телевизора. . Секвенировав геномы белых и бурых медведей, мы узнали, что у белых медведей был общий предок с бурыми медведями примерно 500 000 лет назад. Это относительно недавняя ветвь эволюционного древа медведя, ставшая хорошо известным примером быстрой эволюции.

Итак, что генетика может рассказать нам о том, как белые медведи адаптировались к Арктике за столь короткий период времени? Недавние исследования показывают, что как ранее существовавшие генетические вариации в геноме, так и новые мутации (случайные изменения/ошибки, возникающие при копировании ДНК), вероятно, сыграли важную роль в быстром появлении белых медведей.

Фото: Дэниел Дж. Кокс

Адаптация к жизни в Арктике

Например, в генах есть признаки отбора, связанные с наиболее очевидной и поразительной адаптацией у белых медведей: окраской их шерсти. Цвет меха бурых медведей может варьироваться от темно-коричневого до светлого, но у меха белого медведя отсутствует пигментация, поэтому он кажется белым. Вы можете себе представить, что у белого медведя было бы больше шансов подкрасться к добыче на морском льду и, следовательно, он мог бы более успешно передать свои гены следующему поколению.

Черепа и зубы белых медведей также значительно изменились по мере их адаптации к жизни в Арктике. Адаптации включают заостренные коренные зубы, которые позволяют белым медведям срезать куски замерзшего тюленя. Бурые медведи, с другой стороны, имеют плоские коренные зубы, которые позволяют им измельчать растительность и ягоды, которые составляют значительную часть их всеядного рациона.

Кроме того, белые медведи должны были приспосабливаться к высокому содержанию жира в своих морских млекопитающих. Из-за богатой жирами диеты у белых медведей высокий уровень холестерина ЛПНП («плохой» холестерин), который для людей представляет значительный риск для здоровья. Однако из-за своей генетики у белых медведей нет жировых отложений в артериях, несмотря на их богатую жирами диету. Это всего лишь несколько примеров того, как гены повлияли на эволюцию белого медведя. Гены, контролирующие жировые отложения, метаболизм жирных кислот, работу сердца и пигментацию меха, возможно, сыграли важную роль в адаптации белых медведей к морской среде Арктики.

Фото: Саймон Джи / Polar Bears International

Взгляд на экологию белого медведя и будущее

Что еще генетика может рассказать нам о белых медведях? Образец ДНК отдельного медведя дает нам его уникальный генетический отпечаток. Подобно профилированию ДНК в ваших любимых сериалах о расследованиях преступлений, профили ДНК белых медведей позволяют ученым отслеживать отдельных медведей во времени, чтобы посмотреть на различия в их выживании и размножении. Полученные данные помогают нам понять изменения в численности и росте населения.

Индивидуальные профили ДНК также дают подробное представление о системе спаривания белых медведей. Наблюдения за спариванием белых медведей крайне редки. Однако, используя отдельные генотипы, исследователи могут построить родословные, содержащие как материнские, так и отцовские отнесения. В результате долгосрочных исследований в западной части Гудзонова залива, проводимых Министерством окружающей среды и изменения климата Канады, исследователи смогли разработать родословную, содержащую более 4300 особей, охватывающих шесть поколений медведей.

Копаясь в родословной, исследователи обнаружили несколько интересных вещей. Например, родословная предоставила доказательства однояйцевых близнецов у белых медведей, что является первым и единственным случаем однояйцевых близнецов у любого вида медведей. Исследователи также выявили несколько случаев усыновления детенышей: наблюдали, как самки в поле заботились о детёнышах, которые оказались генетически не связанными с ними. Это уникальное поведение было впервые описано у белых медведей в середине 1990-х годов, и никто точно не знает, почему это происходит. Матери белых медведей могут быть настолько готовы заботиться о своих детенышах, что готовы усыновить детенышей, которые кажутся сиротами или живут одни.

Родословная также предоставила ценную информацию об успешности спаривания самцов и показала, что самцы в зрелом возрасте в возрасте от 10 до 18 лет совершают большую часть спаривания. Кроме того, глядя на пометы с несколькими тигрятами, мы знаем, что у некоторых детенышей в одном помете разные отцы.

Так почему важно понимать геномику белого медведя? Мы знаем по многим видам, что генетическое разнообразие увеличивает вероятность выживания популяции с течением времени. Таким образом, понимание того, как их генетическое разнообразие распределяется среди популяций белых медведей в мире, является важным первым шагом к оценке потенциальной способности видов адаптироваться к изменениям окружающей среды, включая продолжающееся потепление климата. Хотя случайные мутации могут привести к адаптации к новой среде, постоянные генетические вариации в популяциях составляют основную часть исходного материала для адаптации и изменений. Оценка и сохранение генетической изменчивости, существующей среди мировых популяций белых медведей, является важным первым шагом на пути к долгосрочному сохранению вида.

Мы надеемся, что все это дало вам новое представление о том, что делает белого медведя белым медведем, и о процессах, которые привели к эволюции этого символа Арктики.

Д-р Эван Ричардсон — биолог, изучающий полярных медведей в канадском министерстве окружающей среды и изменения климата. Доктор Джошуа Миллер — исследователь с докторской степенью, финансируемый Международной организацией белых медведей и Альянсом дикой природы зоопарков Сан-Диего.

Белые медведи

Лучшие факты о маме и детенышах

Все мамы много работают, но мамы белых медведей — одни из самых трудолюбивых из всех, без помощи отца и периода голодания, который может длиться 8 месяцев.