Een nieuwe studie biedt een beter zicht op de met elkaar verstrengelde evolutionaire geschiedenissen van ijsberen en bruine beren. Er blijkt uit dat de uitwisseling van genen, de gene flow, vooral van de bruine beren naar de ijsberen gegaan is. Het verhaal dat tevoorschijn komt, vertoont complexe aspecten die lijken op de problemen die de evolutionaire geschiedenis van de mens ingewikkeld maken.
Hoe soorten zich vormen: de ingewikkelde geschiedenis van de ijsberen en de bruine beren
Luc De Roy
Gepubliceerd:
Het feit dat ijsberen en bruine beren aparte soorten zijn geworden, heeft de dieren er niet volledig van weerhouden met elkaar te paren. Dat weten wetenschappers al enige tijd, maar de nieuwe studie gebruikt een meer uitgebreide set van gegevens - met onder meer DNA uit een oude tand van een ijsbeer - om meer details bloot te leggen.
"Het vormen en het in stand houden van soorten kan een rommelig proces zijn", zei Charlotte Lindqvist, hoogleraar biologie aan de University at Buffalo, een expert in de genetica van beren en een van de auteurs van de studie.
"Wat er gebeurd is met de ijsberen en de bruine beren, is een mooie parallel met wat we ontdekken over de menselijke evolutie: dat het splitsen van soorten incompleet kan zijn. Door meer en meer oude genomen van oude menselijke populaties terug te vinden, ook van neanderthalers en denisova's, zien we dat er een genetische vermenging in verschillende richtingen heeft plaatsgevonden doordat verschillende groepen archaïsche mensen gepaard hebben met de voorouders van moderne mensen. IJsberen en bruine beren zijn een ander systeem waar je dat ziet gebeuren", zo zei ze.
Overdracht van genen vooral van bruine beren naar ijsberen
"We vinden aanwijzingen voor het kruisen van ijsberen en bruine beren, die ouder zijn dan een subfossiel van een oude ijsbeer dat we bestudeerd hebben", zei Lindqvist.
"Daarnaast tonen onze resultaten een ingewikkelde, verstrengelde evolutionaire geschiedenis van de bruine en de ijsberen, waarbij de overdacht van genen vooral van de bruine beren naar de ijsberen is gegaan. Dat zet een hypothese op haar kop die gesuggereerd is door andere onderzoekers, dat de 'gene flow' in één richting is gebeurd, namelijk naar de bruine beren toe, rond het hoogtepunt van de laatste IJstijd."
Het concept van aan de Arctische omstandigheden aangepaste ijsberen die genen opvangen van bruine beren, die aangepast zijn aan het leven op lagere geografische breedtes, is een bevinding uit de studie die mogelijk van belang kan zijn voor wetenschappers die begaan zijn met de impact van de klimaatverandering op bedreigde soorten.
Naarmate de aarde opwarmt en het zee-ijs in het Noordpoolgebied afneemt, kunnen ijsberen en bruine beren elkaar vaker tegenkomen op plaatsen waar hun leefgebieden elkaar overlappen. Dat maakt van hun gedeelde evolutionaire geschiedenis een bijzonder intrigerend studie-onderwerp, zei Lindqvist.
Neanderthalers en moderne mensen
Ooit dachten wetenschappers dat moderne mensen en neanderthalers eenvoudigweg in twee aparte soorten gesplitst zijn nadat ze geëvolueerd waren uit een gemeenschappelijke voorouder, zo zei Lindqvist.
Vervolgens ontdekten wetenschappers DNA van neanderthalers bij moderne Euraziatische mensen, wat impliceert dat populaties van moderne mensen op een bepaald ogenblik in hun gedeelde evolutionaire geschiedenis een instroom van genen van neanderthalers hebben gekregen, zo zei ze.
Nog later pas realiseerden wetenschappers zich dat deze genetische vermenging ook de populaties van neanderthalers voorzien heeft van genen van de moderne mens. Met andere woorden, het kruisen tussen soorten kan complex zijn en is niet noodzakelijk een eenrichtingsstraat, zo zei Lindqvist.
Een opvallend gelijkaardig verhaal bij de beren
De nieuwe studie legt een opvallend gelijkaardig verhaal bij de beren bloot: de analyse vindt aanwijzingen voor hybridisatie zowel in de genomen van ijsberen en bruine beren, waarbij de ijsberen in het bijzonder duidelijke tekenen vertonen van een instroom van DNA van de bruine beren, aldus de onderzoekers. Zoals gezegd had eerder onderzoek enkel de hypothese van het omgekeerde patroon voorgesteld, van de ijsberen naar de bruine beren.
"Het is opwindend hoe DNA kan helpen om de oude levensgeschiedenis bloot te leggen. De richting van genoverdracht is moeilijker vast te stellen dan enkel de aanwezigheid van die overdracht, maar deze patronen zijn cruciaal om te begrijpen hoe eerdere aanpassingen tussen soorten zijn doorgegeven om moderne soorten hun huidige kenmerken te geven", zei Kalle Leppälä, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Oulu in Finland en een van de eerste auteurs van de studie.
"De populatiegenomica is een alsmaar krachtiger wordende gereedschapskist om de evolutie van planten en dieren en de effecten van menselijke activiteit en de klimaatverandering op bedreigde soorten te bestuderen", zei Luis Herrera-Estrella. "Beren geven ons geen eenvoudige verhalen over soortvorming, net zomin als de menselijke evolutie. Dit nieuwe genomische onderzoek suggereert dat groepen zoogdiersoorten ingewikkelde evolutionaire geschiedenissen kunnen verbergen."
Herrera-Estrella is professor plantgenomica aan de Texas Tech University en een van de auteurs van de nieuwe studie.
Genomen van moderne beren en DNA uit een oude tand
De studie analyseerde de genomen van 64 moderne ijsberen en bruine beren, waaronder ook verschillende nieuwe genomen uit Alaska, een staat waar beide soorten voorkomen.
Het team zorgde ook voor een nieuw, vollediger genoom van een ijsbeer die 115.000 tot 130.000 jaar geleden leefde in de Noorse archipel Spitsbergen. Het DNA van deze oude ijsbeer werd onttrokken uit een tand die vastzat aan een subfossiel kaakbeen.
Aan de hand van deze dataset schatten de onderzoekers dat ijsberen en bruine beren verschillende soorten begonnen te worden zo'n 1,3 tot 1,6 miljoen jaar geleden. Het ogenblik van de splitsing is en blijft echter onderwerp van discussie. De kruisingen in het verleden en de beperkte fossiele resten van oude ijsberen zijn factoren die het moeilijk maken de timing vast te leggen, zei Lindqvist.
De studie komt in elk geval tot het besluit dat de ijsberen, nadat ze een aparte soort geworden waren, een spectaculaire daling van hun bevolkingsaantal hebben ondergaan en dat ze een langdurige genetische flessenhals hebben gekend. Daardoor hebben deze beren een veel kleinere genetische diversiteit dan de bruine beren. Die bevindingen bevestigen eerder onderzoek dat in dezelfde richting wees en leveren meer aanwijzingen die deze hypothese ondersteunen.
Naast de analyse van de genoverdracht, de gene flow, biedt deze studie nieuwe inzichten in de rommelige, verstrengelde evolutionaire geschiedenis van ijsberen en bruine beren, aldus de onderzoekers.
De studie van het internationale team is gepubliceerd in . Tot het team behoorden wetenschappers van de University at Buffalo (UB), LANGEBIO in Mexico, de Texas Tech University, de Universiteit van Oulu, het Far Northwestern Institute of Art and Science, het Alaska Department of Fish and Game, het Natuurhistorisch Museum van de Universiteit van Oslo, de Nanyang Technological University in Singapore, de Universiteit van Helsinki en de Aarhus Universiteit in Denemarken. Tianying Lan, een vroegere postdoctorale onderzoeker aan de UB, was naast Kalle Leppälä eerste auteur van de studie. Dit artikel is gebaseerd op een persmededeling van de UB.