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气候变化目前可能正在威胁北极熊（Ursus maritimus）的生存，但类似的转变似乎在不久的过去对该物种的出现起到了重要作用。
研究人员今天宣布，他们已经对古代北极熊的线粒体基因组进行了测序。他们在熊的 11万至13万年前的下颚骨中发现的遗传痕迹表明，该物种可能在仅15万年前与棕熊（U. arctos）分离出来，当时专门适应北极生活迅速成为一种优势，而不是一种劣势。
该物种的快速进化为了解气候变化最具代表性的物种之一提供了新的视角。尽管该物种已成为该问题广受欢迎的旗舰物种，但科学家们对其过去的气候如何影响熊的进化成功知之甚少。
新的基因画像为北极熊过去相对快速的适应性提供了一个更坚实的框架。“从保护的角度来看，它确实告诉我们北极熊以前经历过温暖时期，”爱达荷大学鱼类和野生动物资源系的莉赛特·韦茨教授说，她没有参与这项研究。
这只熊的线粒体基因组是迄今为止报道的最古老的哺乳动物基因组——几乎是猛犸象基因组的两倍。研究结果发表在3月1日在线版的《美国国家科学院院刊》上。
解析北极熊
为了获得北极熊进化的新画像，研究人员使用了高通量测序（一种快速的DNA测序技术）来比较从古代北极熊下颚骨中收集的遗传信息与来自两种现代北极熊和四种来自不同栖息地的棕熊的六个线粒体基因组。他们发现，其下颚骨被测序的北极熊“非常接近北极熊和棕熊最近的共同祖先”。先前对北极熊进化的估计表明，分裂发生在7万年前到一百多万年前之间的任何时间。
线粒体基因组不会泄露生理秘密，例如更完整的核基因组（例如最近为古代人类完成的4000年历史的基因组）。因此，这些基因片段无法告诉我们这只特定动物的皮毛颜色或厚度。但这确实为该物种和个体的遗传谱系提供了一些视角。
根据现代熊类遗传学的比较，据估计，真正现代的北极熊的共同祖先生活在大约45,000年前，在可能因气候模式变化而导致的人口瓶颈中幸存下来。
发现下颚骨（来自熊的左下颌骨）本身就是一项成就。“仅仅找到如此古老的化石就非常了不起，”纽约州立大学布法罗分校的研究助理教授、该研究的主要作者夏洛特·林德奎斯特说。正如研究人员指出的那样，由于北极熊主要生活在海冰上，它们的遗骸经常最终进入海洋。但这种罕见的遗骸是在2004年在挪威斯瓦尔巴群岛的一小块陆地上发现的。
该碎片在很大程度上被寒冷干燥的气候保存下来，其中包括一颗犬齿，仍然保留了一些遗传残余物。“这也很令人惊讶，”林德奎斯特说。她和她的同事还能够确定一些关于这只熊的饮食习惯。“通过同位素分析，我们能够很好地了解它的摄食生态，它非常符合海洋哺乳动物食物链的顶端，就像今天的北极熊一样，”她指出。
即使没有基因启示，下颚骨本身也给出了一些关于个体的暗示。“我们可以说它可能是一只成年雄性北极熊，其体型可以在现代北极熊中找到，并且具有与今天相似的摄食生态，”林德奎斯特说。
“我对他们的成就印象深刻，”韦茨说，他之前曾发表过关于北极熊遗传起源的估计，与新发现非常吻合。
近亲
这些发现的消息是在2月份一份报告之后发布的，该报告称灰熊已经侵入加拿大马尼托巴省瓦普斯克国家公园的北极熊领地。这一观察结果引起了许多自然资源保护主义者的担忧，他们担心灰熊会与北极熊竞争，甚至攻击北极熊。但是，尽管灰熊可能是竞争对手，但灰熊（作为棕熊亚种Ursus arctos horribilis）是如此近的亲戚，以至于这两个物种可以产生可育的后代。
灰熊进入北极熊国家，开启了一系列关于北极熊基因未来的新问题，而此时恰逢对其过去的新发现。“我们从早期的观察中了解到，北极熊和棕熊可以杂交，因此北极熊基因库或棕熊基因库的物种形成或变化存在全新的可能性，”韦茨说。
北极熊并不是唯一拥有令人好奇的近亲的物种。事实上，阿拉斯加亚历山大群岛上的一群棕熊的基因构成比全球其他地方的同类棕熊更接近现代北极熊。
通过气候变化进行保护
林德奎斯特和她的团队将核基因组视为追踪北极熊过去——以及可能还有未来的下一步。林德奎斯特说，来自该代码的更多线索可以“为我们提供一个基因窗口，了解过去的环境以及北极熊如何进化以应对气候变化。”
核基因组将为研究人员提供更多关于北极熊身体特征的关键信息，阐明古代下颚骨的主人是如何进化以统治其严酷的景观的。例如，林德奎斯特说，“如果我们能够检索到更多的核基因组，我们将能够掌握至少一些已知负责其他哺乳动物皮毛颜色的基因。”
来自这些古老而微小的信息片段的经验教训可以在未来的保护实践中发挥作用。“我们有很多非常强大的方法可以利用遗传学进行保护和管理，”韦茨说。她正在研究遗传学与景观本身之间的相互作用，以更好地了解栖息地变化——无论是气候变化还是人为变化——如何随着时间的推移影响物种的基因构成，以期在气候变化和人类持续发展的条件下改善野生动物走廊和管理。
北极熊的短暂历史已经表明它是一系列敏捷的进化举措之一。新发现呈现了“物种在进化意义上可以多么迅速地进化的另一个例子，”林德奎斯特指出，这是一个我们从人类进化中也熟知的教训。“这只是又一个非常令人惊讶的例子，表明这样一个专业化的物种可以相当迅速地进化，以应对栖息地的开放——一个新的生态位——以应对气候变化。” 作者指出，它有望在理解“北极熊将如何应对其主要栖息地的预测变化”方面发挥重要作用。