خرس‌ قطبی به‌تازگی برای زندگی در شرایط یخبندان تکامل یافته است

شمالگان مهمان‌نوازترین مکان روی زمین نیست. برخی از حیوانات آنجا مانند گوزن شمالی چندین سازگاری ژنتیکی دارند که به‌لطف آن‌ها می‌توانند با شرایط سخت زندگی سازگار شوند. اکنون به‌نظر می‌آید که یکی از شکارچیان برتر شمالگان نیز از این قاعده مستثنی نیست.

دانشمندان در حال محاسبه‌ی زمانی هستند که خرس‌های قطبی (Ursus maritimus) ممکن است برخی از ژن‌هایی را که آن‌ها را از خرس قهوه‌ای جدا می‌کند (Ursus arctos) تکامل داده باشند. تجزیه‌و‌تحلیل ژنومی جدید نشان می‌دهد که خرس قطبی ممکن است همین ۷۰هزار سال پیش تغییر کرده باشد.

خرس‌های قطبی به خرس‌های قهوه‌ای بسیار نزدیک هستند، اما سازگاری‌های کلیدی زیادی دارند که کمک می‌کند در شرایط یخبندان شمالگان زنده بمانند؛ مثلا دارای دو لایه خز هستند که به گرم و خشک ماندنشان کمک می‌کند. اولی یک لایه‌ی پرزدار بزرگ نزدیک پوست است و لایه‌ی دیگر از موهای بلندتری به نام موهای محافظ تشکیل شده است که مانند کت بارانی عمل می‌کنند.

رنگ سفید روشن خز به استتار کمک می‌کند. همچنین خرس‌های قطبی می‌توانند مقادیر زیادی کلسترول را بدون آسیب‌رسیدن به قلب هضم کنند که کمک می‌کند تا با خوردن فوک‌ها و حتی برخی از گونه‌های نهنگ مانند نهنگ سفید سازگار باشند.

در 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 مجمع‌الجزایر نروژی سوالبار است که قدمت آن بین ۱۳۰هزار تا ۱۰۰هزار سال پیش است. فسیل دیگر یک جمجمه‌ی خرس قطبی نابالغ به نام برونو بود که در دریای بوفور آلاسکا پیدا شد. برونو خرس ماده‌ای بود که بین ۱۰۰هزار تا ۷۰هزار سال پیش زندگی می‌کرد و ژنوم آن به دانشمندان کمک کرد تا به بررسی واگرایی خرس قهوه‌ای و خرس قطبی بپردازند.

مایکل وستبری، یکی از نویسندگان مطالعه و زیست‌شناس تکاملی دانشگاه کپنهاگ، به پاپیولار ساینس گفت: «ما واریانت‌هایی پیدا کردیم که ممکن است در ۷۰هزار سال گذشته انتخاب شده باشند (یعنی در خرس‌های قطبی فسیلی نبوده‌اند). همیشه فرض بر این بود که وقتی خرس‌های قطبی از خرس‌های قهوه‌ای جدا می‌شوند، باید به سرعت در یک تغییر تکاملی سریع با شمالگان سازگار شده باشند. با‌این‌حال، 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 شمالگان مقایسه کرد. تیم دریافت که برای چهار ژن (ABCC6 و AIM1 و COL5A3 و POLR1A)، کل ژنوم‌های خرس قطبی دارای یک واریانت دی‌ان‌ای هستند. این وضعیت، آلل ثابت نامیده می‌شود که تنها واریانت موجود برای یک ژن خاص در یک جمعیت است.

با‌این‌حال، ژنوم خرس قهوه‌ای آلل‌های متعددی داشت که نشان می‌دهد که این ژن‌ها قبلاً برای برخی از اجداد خرس قطبی باستانی انتخاب شده بودند و خرس‌های قطبی در اوایل تکامل خود سازگاری‌هایی با حیات شمالگان داشتند.

عکاس: Pam Grove

با‌این‌حال، سه ژن به نام‌های APOB و LYST و TTN حاوی آلل‌هایی بودند که در ژنوم‌های خرس قطبی مدرن تثبیت شده بود، اما در ژنوم‌های باستانی این‌طور نبود. ژن‌های APOB و LYST و TTN با عملکردهای قلبی عروقی مرتبط هستند. APOB و TTN با متابولیسم مرتبط هستند و APOB و LYST نیز با رنگدانه مرتبط هستند.

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

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

یافته‌های مطالعه در ژورنال BMC Genomics منتشر شده است.