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氣候變化目前可能正在威脅北極熊（Ursus maritimus）的生存，但類似的轉變似乎在不久的過去對該物種的出現起到了重要作用。
研究人員今天宣佈，他們已經對古代北極熊的線粒體基因組進行了測序。他們在熊的 11萬至13萬年前的下顎骨中發現的遺傳痕跡表明，該物種可能在僅15萬年前與棕熊（U. arctos）分離出來，當時專門適應北極生活迅速成為一種優勢，而不是一種劣勢。
該物種的快速進化為了解氣候變化最具代表性的物種之一提供了新的視角。儘管該物種已成為該問題廣受歡迎的旗艦物種，但科學家們對其過去的氣候如何影響熊的進化成功知之甚少。
新的基因畫像為北極熊過去相對快速的適應性提供了一個更堅實的框架。“從保護的角度來看，它確實告訴我們北極熊以前經歷過溫暖時期，”愛達荷大學魚類和野生動物資源系的莉賽特·韋茨教授說，她沒有參與這項研究。
這隻熊的線粒體基因組是迄今為止報道的最古老的哺乳動物基因組——幾乎是猛獁象基因組的兩倍。研究結果發表在3月1日線上版的《美國國家科學院院刊》上。
解析北極熊
為了獲得北極熊進化的新畫像，研究人員使用了高通量測序（一種快速的DNA測序技術）來比較從古代北極熊下顎骨中收集的遺傳資訊與來自兩種現代北極熊和四種來自不同棲息地的棕熊的六個線粒體基因組。他們發現，其下顎骨被測序的北極熊“非常接近北極熊和棕熊最近的共同祖先”。先前對北極熊進化的估計表明，分裂發生在7萬年前到一百多萬年前之間的任何時間。
線粒體基因組不會洩露生理秘密，例如更完整的核基因組（例如最近為古代人類完成的4000年曆史的基因組）。因此，這些基因片段無法告訴我們這隻特定動物的皮毛顏色或厚度。但這確實為該物種和個體的遺傳譜系提供了一些視角。
根據現代熊類遺傳學的比較，據估計，真正現代的北極熊的共同祖先生活在大約45,000年前，在可能因氣候模式變化而導致的人口瓶頸中倖存下來。
發現下顎骨（來自熊的左下頜骨）本身就是一項成就。“僅僅找到如此古老的化石就非常了不起，”紐約州立大學布法羅分校的研究助理教授、該研究的主要作者夏洛特·林德奎斯特說。正如研究人員指出的那樣，由於北極熊主要生活在海冰上，它們的遺骸經常最終進入海洋。但這種罕見的遺骸是在2004年在挪威斯瓦爾巴群島的一小塊陸地上發現的。
該碎片在很大程度上被寒冷乾燥的氣候儲存下來，其中包括一顆犬齒，仍然保留了一些遺傳殘餘物。“這也很令人驚訝，”林德奎斯特說。她和她的同事還能夠確定一些關於這隻熊的飲食習慣。“透過同位素分析，我們能夠很好地瞭解它的攝食生態，它非常符合海洋哺乳動物食物鏈的頂端，就像今天的北極熊一樣，”她指出。
即使沒有基因啟示，下顎骨本身也給出了一些關於個體的暗示。“我們可以說它可能是一隻成年雄性北極熊，其體型可以在現代北極熊中找到，並且具有與今天相似的攝食生態，”林德奎斯特說。
“我對他們的成就印象深刻，”韋茨說，他之前曾發表過關於北極熊遺傳起源的估計，與新發現非常吻合。
近親
這些發現的訊息是在2月份一份報告之後釋出的，該報告稱灰熊已經侵入加拿大馬尼托巴省瓦普斯克國家公園的北極熊領地。這一觀察結果引起了許多自然資源保護主義者的擔憂，他們擔心灰熊會與北極熊競爭，甚至攻擊北極熊。但是，儘管灰熊可能是競爭對手，但灰熊（作為棕熊亞種Ursus arctos horribilis）是如此近的親戚，以至於這兩個物種可以產生可育的後代。
灰熊進入北極熊國家，開啟了一系列關於北極熊基因未來的新問題，而此時恰逢對其過去的新發現。“我們從早期的觀察中瞭解到，北極熊和棕熊可以雜交，因此北極熊基因庫或棕熊基因庫的物種形成或變化存在全新的可能性，”韋茨說。
北極熊並不是唯一擁有令人好奇的近親的物種。事實上，阿拉斯加亞歷山大群島上的一群棕熊的基因構成比全球其他地方的同類棕熊更接近現代北極熊。
透過氣候變化進行保護
林德奎斯特和她的團隊將核基因組視為追蹤北極熊過去——以及可能還有未來的下一步。林德奎斯特說，來自該程式碼的更多線索可以“為我們提供一個基因視窗，瞭解過去的環境以及北極熊如何進化以應對氣候變化。”
核基因組將為研究人員提供更多關於北極熊身體特徵的關鍵資訊，闡明古代下顎骨的主人是如何進化以統治其嚴酷的景觀的。例如，林德奎斯特說，“如果我們能夠檢索到更多的核基因組，我們將能夠掌握至少一些已知負責其他哺乳動物皮毛顏色的基因。”
來自這些古老而微小的資訊片段的經驗教訓可以在未來的保護實踐中發揮作用。“我們有很多非常強大的方法可以利用遺傳學進行保護和管理，”韋茨說。她正在研究遺傳學與景觀本身之間的相互作用，以更好地瞭解棲息地變化——無論是氣候變化還是人為變化——如何隨著時間的推移影響物種的基因構成，以期在氣候變化和人類持續發展的條件下改善野生動物走廊和管理。
北極熊的短暫歷史已經表明它是一系列敏捷的進化舉措之一。新發現呈現了“物種在進化意義上可以多麼迅速地進化的另一個例子，”林德奎斯特指出，這是一個我們從人類進化中也熟知的教訓。“這只是又一個非常令人驚訝的例子，表明這樣一個專業化的物種可以相當迅速地進化，以應對棲息地的開放——一個新的生態位——以應對氣候變化。” 作者指出，它有望在理解“北極熊將如何應對其主要棲息地的預測變化”方面發揮重要作用。