Im Pleistozän haben sich Eisbären mit braunen gekreuzt • Elena Naimark • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Genetik, Bioinformatik

Im Pleistozän haben sich Eisbären mit Braun gekreuzt

Hybriden von Weiß- und Braunbären im Zoo: auf der rechten Seite weiblich auf der linken Seite männlich unten unten zwei reine Bärenarten. Fotos von news.bbc.co.uk

Basierend auf einer beeindruckenden Reihe neuer Daten zur mitochondrialen DNA von weißen und braunen Bären haben Wissenschaftler eine wiederholte Hybridisierung zweier Arten in der Vergangenheit vorgeschlagen. Diese Hypothese scheint der vorher besprochenen vorzuziehen: Eisbären sind eine monophyletische Gruppe, die während der Eiszeit von alaskischen oder sibirischen Bären getrennt wurde. Die Wahl der einen oder anderen Version hängt offenbar von der Zuverlässigkeit der für die Rekonstruktion der Phylogenese verwendeten Methoden ab.

Mehrfarbige Linien Bären werden aus verschiedenen geographischen Punkten benannt, die die gesamte Bandbreite der Braunbären in den letzten 50 Tausend Jahren abdecken (14 Standorte). Dies ist die geschätzte Zeit des Bestehens der gegenwärtigen mütterlichen Eisbärgeneration. Schwarze Linien im Diagramm sind dies Eisbären. Wenn Sie genauer hinsehen, werden Sie feststellen, dass einige Linien den Farbton ändern. Zum Beispiel, einige Linien im Rahmen ändere ich Farbe mitblau auf gelb. Dies bedeutet, dass Personen dieser mütterlichen Linie von Europa nach Asien wanderten. Wenn blau ist ersetzt Rosaendete die Reise in der Region Skandinavien, etc.ZeitaDie Skala ist durch molekulare Uhr, nicht durch paläontologische Daten gegeben. Dunkelgrau Hintergrundstreifen bedeutet glaziale Epochen und hell grau – Interglazial. Schema des Artikels zur Diskussion in Aktuelle Biologie

Die Arbeit über den Ursprung der Eisbären, veröffentlicht in der Zeitschrift Aktuelle Biologie, zeigt mit Sicherheit die Bandbreite der Probleme und Möglichkeiten der heutigen biologischen Informatik.

Der Ausgangspunkt dieser Studie war die Entdeckung der fossilen Überreste von zwei Eisbären. Die erste Kopie stammt aus dem arktischen Spitzbergen Archipel (Svalbard, Svalbard) von einem Ort mit einem Alter von 130-110 tausend Jahren. Die zweite, deren Alter auf etwa 115.000 Jahre geschätzt wird, wurde in Nordnorwegen gefunden. Aus ihren Knochen (der Kiefer im ersten Fall, die Rippen im zweiten) wurde zuvor mitochondriale DNA isoliert und die entsprechenden Nukleotidsequenzen bestimmt. Es stellte sich heraus, dass die alte mitochondriale DNA der mtDNA moderner Eisbären nicht ähnlich ist. Wie erklärt man es? Die Diskussion begann mit der Einbeziehung aller Daten über Bären-DNA, der Sammlung eines neuen Blocks genetischer Daten und verschiedener Fakten über Bärengenetik, Geschichte und Biologie.Diese Daten bildeten ein relativ kohärentes Bild der Besiedlung und Evolution von Braun- und Eisbären.

Die folgenden bekannten Fakten haben sich während der Diskussion als wichtig herausgestellt. Zum einen ist das mitochondriale Genom von Eisbären durch geringe Diversität gekennzeichnet, seine Reichweite wird vollständig vom mtDNA-Polymorphismus der Braunbären erfasst. Gleichzeitig unterscheiden sich die übrigen Eisbären stark von den Braun- und Morphologie-, Ökologie- und nuklearen Genmarkern. Zweitens können sich Braun- und Eisbären untereinander befruchten und fruchtbare Nachkommen hervorbringen, wie von Biologen in den letzten 5 Beobachtungsjahren festgestellt wurde. Drittens divergierten die Linien der Braun- und Eisbären, wie man annimmt, vor 800-150.000 Jahren (mittleres Pleistozän) als Folge der Isolation der sibirischen Braunbärenpopulation. Und schließlich ist zu beachten, dass aufgrund der geringen Anzahl von Eisbären der Verlust (oder das Aussterben) der Mutterlinien (siehe: mtDNA-Linien) kein seltenes Ereignis ist.

Zunächst fasste die Bioinformatik die Daten zu Weiß- und Braunbären zusammen, die in der GenBank-DNA-Sequenzdatenbank auf dem Server des US-amerikanischen National Center for Biotechnology Information gespeichert sind.In dieser Datenbank gab es 168 mtDNA-Sequenzen von Bären, einschließlich dieser zwei fossilen Eisbären. Als nächstes begann die Genetik mit der Arbeit: Sie ergänzten diesen Datensatz um weitere 74 Exemplare von Braun- und Eisbären, indem sie bestimmte Fragmente ihrer mtDNA hervorhoben und identifizierten. Solche Arbeitsvolumina sind jetzt in kurzer Zeit durchaus machbar. Es ist wichtig, dass die neuen Lesefragmente nicht nur zu modernen Bären (17 moderne Eisbären), sondern auch zu älteren (34 holozänen Eisbären, 23 alten Braunbären aus Irland und Großbritannien) gehörten. Es stellten sich 53 Eisbären und 189 Braunbären heraus.

Danach übernahm die Bioinformatik einen phylogenetischen Baum für den gesamten Datensatz von 242 mtDNA-Fragmenten. Und für diese Technologie wurde bereits entwickelt. Der resultierende Baum sieht folgendermaßen aus:

In diesem Schema werden vier Gruppen herausgegriffen, dh Gruppen von Bären mit einer phylogenetischen Gemeinschaft. Das interessanteste für diese Studie von Schatz II, es vereinigt alle Eisbären, einschließlich jener zwei alten Exemplare aus Norwegen, und der alten Iren, und Exemplare von Braunbären aus Südost-Alaska – in der Abbildung als ABC bezeichnet: Admiralty Island (Admiralty Island), Baranova (Baranof Insel) und Chichagova (Chichagof Insel).Es ist wichtig zu betonen, dass die Eisbären – modern und alt – uneins waren, während der antike Teil sich den Linien des südöstlichen Alaska näherte, und der moderne Teil – den alten Iren. Clade I – bringt europäische, skandinavische und afrikanische Exemplare zusammen. Auch moderne irische Exemplare von Braunbären gehören hierher. Schatz III und IV illustrieren eine komplexe Kombination von Alaska, Sibirien, Kamtschatka und osteuropäischen Braunbären.

Außerdem wurde nach den berechneten Divergenzdaten der Mutterlinien das Migrationsmuster von Braun- und Eisbären wiederhergestellt. Es wird in der folgenden Abbildung gezeigt, und seine dynamische Version wird hier vorgestellt.

Mit einem Plan zur Ansiedlung von Braun- und Eisbären haben Wissenschaftler nun mögliche Szenarien für die Evolution von Eisbären entwickelt. Nach dem ersten, angenommen vorher, die modernen Linien der Eisbären sind monophyletische Nachkommen der alten Linien der irischen Braunbären, die wiederum aus dem südöstlichen Alaska stammten. Die irischen Braunbären selbst sind in zwei Schwestergruppen unterteilt – die eine ausgestorben, die andere modern. Diese Hypothese passt weder zu der Zeit, die durch die molekularen Stunden berechnet wird, noch zur paläontologischen Erscheinungszeit der alten Eisbären.Rekonstruktionen erlauben keine Kombination von alten und modernen Eisbären in eine monophyletische Linie. Die beiden anderen Szenarien deuten auf eine mögliche Hybridisierung von Eisbären mit braunen Iren hin. In diesem Fall sollten die Ereignisse der Hybridisierung zwei- oder dreimal über 120.000 Jahre auftreten. Die Annahme der Hybridisierung hilft, die Ähnlichkeit von mtDNA von weißen und braunen Bären und den Unterschied in mtDNA zwischen den Linien von alten und modernen Eisbären zu erklären.

Pfeile zeigt die Migrationsrichtung der Mutterlinien von Braun- und Eisbären über 120.000 Jahre; desto intensiver rosa Farbe der Pfeil, desto zuverlässiger ist die Migration in diese Richtung (BF – Bayes – Faktor). Beachten Sie, dass die allgemeine Migrationsrichtung von Ost nach West ist. Schema des Artikels zur Diskussion in Aktuelle Biologie

Realistische Hypothesen basieren vor allem auf der Altersbestimmung von fossilen Weiß- und Braunbären sowie der Altersberechnung einzelner Bärenlinien. Für die Kalibrierung von Molekülstunden wird insbesondere das Alter von fossilen Weiß- und Braunbären verwendet. Die Bestimmung ihres Alters ergibt jedoch eine sehr große Bandbreite möglicher Fehler.So variieren die paläontologischen und Radiokohlenstoffdatierungen fossiler Überreste von Eisbären zwischen 130 und 40.000 Jahren. Das Alter der Divergenzpunkte des Schatzes der alten Weiß- und Braunbären, entsprechend den Methoden, die zur Konstruktion des phylogenetischen Schemas verwendet wurden, unterscheidet sich von der Paläontologie und Radiokohlenstoffdatierung. Die Autoren stellen fest, dass der geschätzte Zeitpunkt der Divergenz der Klase auch stark von den Kalibrierungsmethoden der molekularen Stunden abhängt. Daher wird die weitere Diskussion der Evolution von Eisbären offenbar in die methodischen Feinheiten bioinformatischer Methoden eintauchen. Umweltschützer werden gespannt auf die Ergebnisse der Diskussion warten, denn wenn eine Hybridisierung stattgefunden hat und ein notwendiger und integraler Bestandteil der Evolution von Eisbären war, sollten moderne Menschen die Jagd auf alle Eisbären, einschließlich Hybriden, verbieten. Jetzt ist das Fotografieren von Eisbären-Hybriden erlaubt.

Jetzt, aufgrund des Klimawandels und des Schmelzens des arktischen Eises, erscheinen Hybriden von weißen und braunen Bären, so dass sich das Aussehen von Eisbären nach ein paar tausend Jahren signifikant verändern kann. Aber es wäre gut für die Menschheit, sich an solche Eisbären zu erinnern. Foto von www.animalwallpaper.org

Quelle: Ceiridwen J.Edwards, Marc A. Suchard, Philippe Lemey, John J. Welch, Ian Barnes, Tara L. Fulton, Ross Barnett, Tamsin C. O'Connell, Peter Coxon, Nigel Monaghan, Cristina E. Valdiösera, Eline D. Lorenzen, Eske Willerslev, Gennady F. Baryshnikov, Andrew Rambaut, Mark G. Thomas, Daniel G. Bradley, Beth Shapiro. Eisbär Matriline Aktuelle Biologie. 07. Juli 2011. Doi: 10.1016 / j.cub.2011.05.058.

Elena Naimark


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