Une nouvelle étude offre un regard amélioré sur les histoires évolutives entrelacées des ours polaires et des ours bruns.

Devenir des espèces distinctes n'a pas complètement empêché ces animaux de s'accoupler. Les scientifiques le savent depuis un certain temps, mais la nouvelle recherche s'appuie sur un ensemble de données élargi, y compris l'ADN d'une ancienne dent d'ours polaire, pour obtenir plus de détails.

L'histoire qui émerge révèle des complexités similaires à celles qui compliquent l'histoire de l'évolution humaine.

"La formation et le maintien des espèces peuvent être un processus désordonné", déclare Charlotte Lindqvist, Ph.D., professeure agrégée de sciences biologiques à l'Université du Buffalo College of Arts and Sciences et experte en génétique de l'ours. "Ce qui s'est passé avec les ours polaires et les ours bruns est un bon analogue à ce que nous apprenons sur l'évolution humaine :que la division des espèces peut être incomplète. Alors que de plus en plus de génomes anciens ont été récupérés à partir d'anciennes populations humaines, y compris les Néandertaliens et les Dénisoviens. , nous constatons qu'il y avait un mélange génétique multidirectionnel alors que différents groupes d'humains archaïques s'accouplaient avec des ancêtres d'humains modernes. Les ours polaires et les ours bruns sont un autre système où vous voyez cela se produire."

"Nous trouvons des preuves de croisements entre ours polaires et ours bruns qui sont antérieurs à un ancien ours polaire que nous avons étudié", dit-elle. "Et, de plus, nos résultats démontrent une histoire évolutive compliquée et entrelacée chez les ours bruns et polaires, avec la direction principale du flux génétique allant dans les ours polaires à partir des ours bruns. Cela inverse une hypothèse suggérée par d'autres chercheurs selon laquelle le flux génétique a été unidirectionnel et entrer dans les ours bruns autour du pic de la dernière période glaciaire."

L'étude sera publiée la semaine du 6 juin dans les Actes de l'Académie nationale des sciences . Il était dirigé par Lindqvist à UB aux États-Unis; Luis Herrera-Estrella du Laboratoire national de génomique pour la biodiversité (LANGEBIO) au Mexique et de la Texas Tech University aux États-Unis ; et Kalle Leppälä de l'Université d'Oulu en Finlande. Tianying Lan, Ph.D., un ancien chercheur postdoctoral de l'UB maintenant à Daicel Arbor Biosciences, a été co-premier auteur avec Leppälä.

Le concept d'ours polaires adaptés à l'Arctique capturant le matériel génétique d'ours bruns, qui sont adaptés à la vie dans des latitudes plus basses, est l'une des nombreuses découvertes susceptibles d'intéresser les scientifiques concernés par les impacts du changement climatique sur les espèces menacées.

À mesure que le monde se réchauffe et que la banquise arctique diminue, les ours polaires et les ours bruns peuvent se rencontrer plus fréquemment dans des endroits où leurs aires de répartition se chevauchent. Cela fait de leur histoire évolutive commune un sujet d'étude particulièrement intrigant, déclare Lindqvist.

La séparation des espèces peut être un processus désordonné

Comme l'explique Lindqvist, les scientifiques pensaient autrefois que les humains modernes et les Néandertaliens se séparaient simplement en espèces distinctes après avoir évolué à partir d'un ancêtre commun. Ensuite, les chercheurs ont trouvé de l'ADN de Néandertal chez les Eurasiens modernes, ce qui implique que les populations humaines modernes ont reçu un afflux de gènes de Néandertal à un moment donné de leur histoire évolutive commune, dit-elle.

Ce n'est que plus tard que les scientifiques se sont rendu compte que ce mélange génétique a également complété les populations de Néandertal avec des gènes humains modernes, ajoute Lindqvist. En d'autres termes, le métissage peut être complexe, pas nécessairement à sens unique, dit-elle.

La nouvelle étude sur les ours révèle une histoire remarquablement similaire :l'analyse trouve des preuves d'hybridation dans les génomes des ours polaires et des ours bruns, les ours polaires en particulier portant une forte signature d'un afflux d'ADN d'ours bruns, selon les chercheurs. Des recherches antérieures proposaient uniquement le modèle inverse, dit Lindqvist.

"C'est excitant de voir comment l'ADN peut aider à révéler l'histoire de la vie ancienne. La direction du flux de gènes est plus difficile à déterminer que sa simple présence, mais ces modèles sont essentiels pour comprendre comment les adaptations passées se sont transférées entre les espèces pour donner aux animaux modernes leurs caractéristiques actuelles", déclare Leppälä, Ph.D., chercheur postdoctoral dans l'unité de recherche des sciences mathématiques à l'Université d'Oulu.

« La génomique des populations est une boîte à outils de plus en plus puissante pour étudier l'évolution des plantes et des animaux et les effets de l'activité humaine et du changement climatique sur les espèces en voie de disparition », déclare Herrera-Estrella, Ph.D., professeur émérite du président en génomique végétale et directeur de l'Institut de Génomique pour la tolérance au stress abiotique des cultures au Texas Tech Department of Plant and Soil Science. Il est également professeur émérite à LANGEBIO. "Les ours ne fournissent pas plus d'histoires de spéciation simples que l'évolution humaine. Cette nouvelle recherche génomique suggère que les groupes d'espèces de mammifères peuvent cacher des histoires évolutives compliquées."

Preuve des génomes d'ours modernes et de l'ADN d'une dent ancienne

L'étude a analysé les génomes de 64 ours polaires et bruns modernes, y compris plusieurs nouveaux génomes d'Alaska, un état où les deux espèces se trouvent.

L'équipe a également produit un nouveau génome plus complet pour un ours polaire qui vivait il y a 115 000 à 130 000 ans dans l'archipel norvégien du Svalbard. L'ADN de l'ancien ours polaire a été extrait d'une dent attachée à une mâchoire sous-fossile, qui se trouve maintenant au musée d'histoire naturelle de l'université d'Oslo.

À l'aide de cet ensemble de données, les chercheurs estiment que les ours polaires et les ours bruns ont commencé à devenir des espèces distinctes il y a environ 1,3 à 1,6 million d'années, mettant à jour les évaluations antérieures faites par certains des mêmes scientifiques. L'âge de la scission a été et reste un sujet de débat scientifique, avec des croisements passés et des preuves fossiles limitées d'anciens ours polaires parmi les facteurs qui rendent le moment difficile à déterminer, explique Lindqvist.

Dans tous les cas :après être devenus leur propre espèce, les ours polaires ont subi un déclin démographique dramatique et un goulot d'étranglement génétique prolongé, laissant ces ours avec beaucoup moins de diversité génétique que les ours bruns, conclut la nouvelle étude. Les résultats confirment les recherches antérieures indiquant les mêmes tendances et ajoutent des preuves à l'appui de cette hypothèse.

Associées à l'analyse du flux génétique, ces découvertes fournissent de nouvelles informations sur l'histoire évolutive désordonnée et entrelacée des ours polaires et des ours bruns.

L'équipe de recherche internationale comprenait des scientifiques de l'UB, de LANGEBIO, de Texas Tech, de l'Université d'Oulu, du Far Northwestern Institute of Art and Science, du Département de la pêche et du gibier de l'Alaska, du Musée d'histoire naturelle de l'Université d'Oslo, de l'Université technologique de Nanyang, Université d'Helsinki et Université d'Aarhus.