氣候變化正在推動北極熊的基因組發(fā)生變化

海冰消退下的“注定失敗”？

北極熊是一類高度依賴于海冰生存的動物。有研究表明，北冰洋的洋流正處于過去12.5萬年來最溫暖的狀態(tài)，而且氣溫仍在持續(xù)上升。隨著海冰不斷消退，北極熊賴以生存的狩獵平臺正在迅速消失。

基于這一趨勢，科學家預測，到2050年，超過三分之二的北極熊可能滅絕，而在本世紀末，這一物種甚至可能面臨徹底消失的風險。在這樣的背景下，北極熊常被視為氣候變化下“注定失敗”的物種。

2022年，華盛頓大學的一組科學家在格陵蘭島東南部發(fā)現(xiàn)，這里存在一個在遺傳上顯著不同、且在生態(tài)功能上高度隔離的北極熊亞群。這些北極熊長期生活在比傳統(tǒng)北極熊棲息地更溫暖、也更不穩(wěn)定的環(huán)境中。

在一項新的研究中，另一組研究團隊發(fā)現(xiàn)，氣候變化不僅正在重塑北極熊的棲息地，也正在推動北極熊基因組本身發(fā)生變化——而這些變化，或許為它們在更溫暖的環(huán)境中生存提供了某種適應途徑，當然，前提是它們能夠獲得足夠的食物和繁殖伙伴。

格陵蘭的東南與東北

長期的氣象觀測顯示，格陵蘭島東北部的氣溫更低且變化較小，而東南部的氣溫更高，波動也更大。這種氣候條件為生活在這些地區(qū)的北極熊帶來了諸多挑戰(zhàn)，并改變了它們的棲息環(huán)境。

在格陵蘭島東南部，覆蓋了全島約80%的冰蓋邊緣正在迅速后退，導致大量冰層和棲息地的喪失。冰的消失對北極熊而言是一個嚴重的問題，因為這減少了它們捕獵海豹所依賴的狩獵平臺，進而導致種群孤立和食物匱乏。

與此同時，兩地的自然環(huán)境也截然不同。東北部是一片廣闊而平坦的北極苔原，而東南部則屬于森林苔原——這是針葉林與北極苔原之間的過渡地帶，降雨更多、風力更強，并分布著陡峭的沿海山脈。

此前，華盛頓大學的研究團隊已經(jīng)從格陵蘭島東北部（氣候較冷）和東南部（氣候較暖）的北極熊身上采集了血液樣本，他們提取了其中的RNA，并進行了RNA測序。

轉(zhuǎn)座元件：基因組中的適應信號

在新的研究中，研究人員則利用這些RNA測序數(shù)據(jù)，來分析RNA的表達情況。這些RNA分子就像信使一樣，顯示那些激進處于活躍狀態(tài)，并將其與氣候條件聯(lián)系起來。這樣就可以得到一幅關于基因活動的詳細圖景，其中也包括轉(zhuǎn)座元件。

轉(zhuǎn)座元件是一類可移動的遺傳元件，它們可以通過在基因組中的自我復制和插入事件影響進化過程，而這些變化又可能進一步改變基因的表達模式。

在這項研究中，研究人員分析了兩地北極熊亞群的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，對比了兩者之間轉(zhuǎn)座元件活性的差異，以及這些差異與溫度變化和基因表達改變之間的關聯(lián)。

分析結果表明，對于格陵蘭島東南部的北極熊來說，轉(zhuǎn)座元件的活性發(fā)生了顯著的表達差異和序列分化。而且與東北部種群相比，東南部北極熊的轉(zhuǎn)座元件不僅數(shù)量更多，而且整體更“年輕”。

研究顯示，一些與熱應激、衰老和代謝相關的基因，在東南部北極熊種群中表現(xiàn)出不同的活動模式。這表明它們可能正在對更溫暖的環(huán)境作出調(diào)整。

此外，在基因組中與脂肪處理相關的區(qū)域，也出現(xiàn)了活躍的轉(zhuǎn)錄元件。脂肪代謝在食物匱乏時尤為重要，這可能意味著，東南部的北極熊正在逐漸適應以溫暖地區(qū)更粗糙的植物性食物為主的飲食結構。相比之下，北方地區(qū)的北極熊主要以富含脂肪的海豹為食。

適應與保護

總體而言，氣候變化正在重塑北極熊的棲息地，并引發(fā)遺傳層面的改變，使東南部的北極熊逐漸進化，以適應新的地形和飲食條件。

新的研究表明，在轉(zhuǎn)座元件層面發(fā)生的基因組響應，可能為格陵蘭島東南部北極熊亞群體適應并存活于氣候變化下提供了一種潛在機制，同時也為北極熊的保護研究提供了有價值的基因組學資源。

未來的研究還可以納入生活在其他極端或挑戰(zhàn)性氣候條件下的北極熊種群。理解這些遺傳變化，有助于研究人員判斷北極熊在不斷變暖的世界中可能如何生存，以及哪些種群面臨的風險最大。

#參考來源：

https://theconversation.com/polar-bears-are-adapting-to-climate-change-at-a-genetic-level-and-it-could-help-them-avoid-extinction-269852

https://link.springer.com/article/10.1186/s13100-025-00387-4

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk2793

#圖片來源：

封面圖&首圖：garyankurd / Pixabay