Un nuovo studio sta fornendo uno sguardo migliore alle storie evolutive intrecciate di orsi polari e orsi bruni.

Diventare specie separate non ha impedito completamente a questi animali di accoppiarsi tra loro. Gli scienziati lo sanno da tempo, ma la nuova ricerca si basa su un set di dati ampliato, incluso il DNA di un antico dente di orso polare, per ottenere maggiori dettagli.

La storia che emerge rivela complessità simili a quelle che complicano la storia evolutiva umana.

"La formazione e il mantenimento delle specie possono essere un processo disordinato", afferma Charlotte Lindqvist, Ph.D., professore associato di scienze biologiche all'Università del Buffalo College of Arts and Sciences ed esperta di genetica degli orsi. "Quello che è successo con gli orsi polari e gli orsi bruni è un analogo perfetto di ciò che stiamo imparando sull'evoluzione umana:che la divisione delle specie può essere incompleta. Poiché sempre più genomi antichi sono stati recuperati da antiche popolazioni umane, inclusi Neanderthal e Denisoviani , stiamo vedendo che c'era una mescolanza genetica multidirezionale in corso quando diversi gruppi di umani arcaici si sono accoppiati con gli antenati degli umani moderni. Gli orsi polari e gli orsi bruni sono un altro sistema in cui questo accade."

"Troviamo prove di incroci tra orsi polari e orsi bruni che precedono un antico orso polare che abbiamo studiato", dice. "E, inoltre, i nostri risultati dimostrano una storia evolutiva complicata e intrecciata tra orsi bruni e polari, con la direzione principale del flusso genico che va negli orsi polari dagli orsi bruni. Ciò inverte un'ipotesi suggerita da altri ricercatori secondo cui il flusso genico è stato unidirezionale e andando verso gli orsi bruni durante il picco dell'ultima era glaciale."

Lo studio sarà pubblicato nella settimana del 6 giugno negli Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . È stato guidato da Lindqvist presso UB negli Stati Uniti; Luis Herrera-Estrella presso il National Laboratory of Genomics for Biodiversity (LANGEBIO) in Messico e la Texas Tech University negli Stati Uniti; e Kalle Leppälä presso l'Università di Oulu in Finlandia. Tianying Lan, Ph.D., un ex ricercatore post-dottorato UB ora presso Daicel Arbor Biosciences, è stato co-primo autore con Leppälä.

Il concetto di orsi polari adattati all'Artico che catturano materiale genetico dagli orsi bruni, che si sono adattati alla vita alle latitudini più basse, è una delle numerose scoperte di possibile interesse per gli scienziati interessati agli impatti dei cambiamenti climatici sulle specie minacciate.

Mentre il mondo si riscalda e il ghiaccio marino artico diminuisce, gli orsi polari e gli orsi bruni possono incontrarsi più frequentemente in luoghi in cui i loro areali si sovrappongono. Questo rende la loro storia evolutiva condivisa un argomento di studio particolarmente intrigante, dice Lindqvist.

La divisione delle specie può essere un processo disordinato

Come spiega Lindqvist, gli scienziati una volta pensavano che gli esseri umani moderni e i Neanderthal si dividessero semplicemente in specie separate dopo essersi evoluti da un antenato comune. Quindi, i ricercatori hanno trovato il DNA di Neanderthal nelle moderne persone eurasiatiche, il che implica che le moderne popolazioni umane hanno ricevuto un afflusso di geni dai Neanderthal ad un certo punto della loro storia evolutiva condivisa, dice.

Solo più tardi gli scienziati si sono resi conto che questa mescolanza genetica integrava anche le popolazioni di Neanderthal con i moderni geni umani, aggiunge Lindqvist. In altre parole, l'incrocio può essere complesso, non necessariamente a senso unico, dice.

Il nuovo studio sugli orsi rivela una storia straordinariamente simile:l'analisi trova prove di ibridazione sia nel genoma dell'orso polare che in quello dell'orso bruno, con gli orsi polari in particolare che portano una forte firma di un afflusso di DNA dagli orsi bruni, affermano i ricercatori. Ricerche precedenti proponevano solo il modello inverso, afferma Lindqvist.

"È eccitante come il DNA possa aiutare a rivelare la storia della vita antica. La direzione del flusso genico è più difficile da determinare della semplice presenza, ma questi modelli sono vitali per comprendere come gli adattamenti passati si siano trasferiti tra le specie per conferire agli animali moderni le loro caratteristiche attuali", afferma Leppälä, Ph.D., ricercatore post-dottorato nell'unità di ricerca di scienze matematiche dell'Università di Oulu.

"La genomica della popolazione è uno strumento sempre più potente per studiare l'evoluzione delle piante e degli animali e gli effetti dell'attività umana e dei cambiamenti climatici sulle specie in via di estinzione", afferma Herrera-Estrella, Ph.D., Distinguished Professor of Plant Genomics del Presidente e direttore dell'Istituto di Genomica per la tolleranza allo stress abiotico delle colture nel Dipartimento di scienza delle piante e del suolo del Texas Tech. È anche professore emerito presso LANGEBIO. "Gli orsi non forniscono semplici storie di speciazione più di quanto non abbia fatto l'evoluzione umana. Questa nuova ricerca genomica suggerisce che i gruppi di specie di mammiferi possono nascondere complicate storie evolutive".

Prove dai moderni genomi degli orsi e DNA da un antico dente

Lo studio ha analizzato i genomi di 64 moderni orsi polari e bruni, inclusi diversi nuovi genomi dell'Alaska, uno stato in cui si trovano entrambe le specie.

Il team ha anche prodotto un nuovo genoma più completo per un orso polare che visse da 115.000 a 130.000 anni fa nell'arcipelago norvegese delle Svalbard. Il DNA dell'antico orso polare è stato estratto da un dente attaccato a un'osso mascellare subfossile, che ora è ospitato al Museo di Storia Naturale dell'Università di Oslo.

Utilizzando questo set di dati, i ricercatori stimano che gli orsi polari e gli orsi bruni abbiano iniziato a diventare specie distinte tra 1,3 e 1,6 milioni di anni fa, aggiornando le precedenti valutazioni fatte da alcuni degli stessi scienziati. L'età della scissione è stata e rimane un argomento di dibattito scientifico, con incroci passati e prove fossili limitate per antichi orsi polari tra i fattori che rendono difficile individuare i tempi, dice Lindqvist.

In ogni caso:dopo essere diventati la propria specie, gli orsi polari hanno subito un drammatico declino della popolazione e un collo di bottiglia genetico prolungato, lasciando questi orsi con una diversità genetica molto inferiore rispetto agli orsi bruni, conclude il nuovo studio. I risultati confermano ricerche passate che puntano alle stesse tendenze e aggiungono prove a sostegno di questa ipotesi.

Insieme all'analisi del flusso genico, questi risultati stanno fornendo nuove informazioni sulla storia evolutiva disordinata e intrecciata degli orsi polari e degli orsi bruni.

Il team di ricerca internazionale comprendeva scienziati di UB, LANGEBIO, Texas Tech, University of Oulu, Far Northwestern Institute of Art and Science, Alaska Department of Fish and Game, Natural History Museum presso l'Università di Oslo, Nanyang Technological University, Università di Helsinki e Università di Aarhus.