Le génome d’un ours polaire vieux de 100 000 ans révèle une ancienne hybridation avec des ours bruns

L’étude, menée par des scientifiques de l’Université de Californie à Santa Cruz, a été publiée le 16 juin dans Écologie de la nature et évolution. Les chercheurs ont obtenu de l’ADN ancien du crâne d’un ours polaire juvénile découvert en 2009 sur la côte de la mer de Beaufort dans l’Alaska arctique. Les scientifiques ont surnommé l’ours “Bruno”, bien que l’analyse ADN ait montré plus tard qu’il s’agissait d’une femelle.

“La disponibilité du paléogénome de Bruno a permis de détecter un ancien événement de mélange qui a eu un impact sur tous les ours bruns vivants”, a déclaré le premier auteur Ming-Shan Wang, chercheur postdoctoral au laboratoire de paléogénomique de l’UCSC.

L’auteur correspondant Beth Shapiro, professeur d’écologie et de biologie évolutive à l’UC Santa Cruz et chercheur au Howard Hughes Medical Institute, a déclaré que les analyses génomiques de l’équipe montrent que Bruno appartenait à une population d’ours polaires qui était ancestrale aux ours polaires vivants. À un moment donné, probablement après environ 125 000 ans, a-t-elle dit, la lignée des ours polaires menant à Bruno et la lignée des ours bruns menant à tous les ours bruns vivants se sont croisées et se sont hybridées.

En raison de cet ancien mélange, l’ascendance de l’ours polaire représente jusqu’à 10% des génomes des ours bruns vivant aujourd’hui. “Nous n’aurions jamais vu cela sans le génome de Bruno, car tous les ours bruns vivants ont ce mélange dans leur génome”, a déclaré Shapiro.

Bien que les ours polaires et les ours bruns soient des espèces distinctes avec des différences frappantes d’apparence, de comportement et d’habitats, ils sont étroitement liés et peuvent facilement s’hybrider lorsque leurs aires de répartition se chevauchent. Les signalements d’hybrides ont augmenté ces dernières années à mesure que le climat se réchauffe et que la disparition de la banquise force les ours polaires à se diriger vers les zones côtières de l’Arctique, tandis que les ours bruns étendent leur aire de répartition vers le nord.

Des études antérieures sur l’ADN ancien ont montré qu’un mélange s’est produit dans certaines populations d’ours bruns au moins à quatre moments différents entre il y a environ 15 000 et 25 000 ans. Dans tous les cas, la direction du flux génétique allait des ours polaires vers les ours bruns.

“Les individus mélangés, s’ils survivent, le font comme des ours bruns, peut-être parce qu’ils ont du mal à chasser avec succès sur la banquise s’ils ne sont pas complètement blancs”, a expliqué Shapiro. “Les ours polaires ont toujours été une petite population avec peu de diversité génétique.”

La nouvelle étude a trouvé des preuves d’un possible flux génétique des ours bruns vers la lignée de Bruno, mais l’absence de mélange chez les ours polaires soutient aujourd’hui l’idée que l’ascendance de l’ours brun réduit l’aptitude d’un ours à vivre en tant qu’ours polaire. Après avoir divergé des ours bruns il y a environ 500 000 ans, les ours polaires sont devenus des chasseurs hautement spécialisés de mammifères marins sur la banquise arctique. Les ours bruns, en revanche, sont des généralistes répartis largement en Amérique du Nord, en Europe et en Asie.

Bruno a vécu à une époque de changements climatiques après le pic d’une période interglaciaire chaude où les températures et le niveau de la mer étaient considérablement plus élevés qu’ils ne le sont actuellement. On peut s’attendre à des conditions similaires à l’avenir en raison du changement climatique rapide provoqué par la combustion de combustibles fossiles et d’autres activités humaines. Alors que la banquise arctique diminue, de nombreuses populations d’ours polaires luttent déjà pour survivre.

“Si le réchauffement rapide, non naturel et grave de l’Arctique causé par l’homme que nous documentons aujourd’hui se poursuit sans relâche, il n’est pas certain que les ours polaires auront un habitat de glace de mer pour revenir et survivre génétiquement”, a déclaré le co-auteur Ian Stirling, spécialiste des questions polaires. biologiste de l’ours et chercheur scientifique à Environnement et Changement climatique Canada.

Selon Shapiro, “Nous ne devrions pas être surpris de voir le mélange se reproduire aujourd’hui alors que le climat change et que ces espèces se chevauchent et se rencontrent à nouveau dans la nature. Le changement climatique permet un flux de gènes entre ce que nous considérons comme des espèces différentes. .”

Les changements climatiques qui ont réuni les ours polaires et les ours bruns dans le passé incluent les périodes glaciaires lorsque la glace de mer était plus étendue, permettant aux ours polaires de se mélanger aux ours bruns dans le sud-est de l’Alaska, les îles Kouriles et même l’Irlande. Les ours bruns de ces endroits (maintenant éteints en Irlande) ont acquis des gènes d’ours polaires supplémentaires en plus de l’ancien mélange révélé par le génome de Bruno.

Quant à ce que les ours bruns auraient pu tirer de leur ascendance d’ours polaire, les scientifiques ne peuvent que spéculer. “Il est possible que les ours bruns aient quelque chose de cool avec les ours polaires, mais nous ne pouvons pas le dire avec certitude à ce stade”, a déclaré Shapiro.

Trouver le crâne de Bruno était un hasard. Les coauteurs Pamela Groves, Daniel Mann et Michael Kunz de l’Université d’Alaska Fairbanks marchaient sur le littoral de la mer de Beaufort en 2009 pour détecter l’érosion côtière récente lorsqu’ils sont tombés sur le crâne reposant juste au-dessus de la ligne de marée haute.

“Nous ne recherchions même pas d’ossements, car nous trouvons généralement des ossements anciens à une centaine de kilomètres à l’intérieur des terres, où ils ont été stockés dans le pergélisol le long de rivières endormies”, a déclaré Groves. Étant donné que les ours polaires passent la majeure partie de leur vie en mer, trouver des restes d’ours polaires est extrêmement inhabituel. Bruno est le seul ancien crâne d’ours polaire jamais enregistré et le seul ancien os d’ours polaire connu d’Amérique du Nord.

“Comprendre comment les changements climatiques passés ont entraîné des interactions entre les organismes est essentiel pour prédire comment les changements actuels créeront de nouveaux mélanges, augmenteront la transmission de maladies ou auront un impact sur les ressources naturelles ou la société”, a déclaré Leslie Rissler, directrice de programme à la US National Science Foundation, qui a financé la recherche.

Les autres coauteurs incluent Gemma Murray de l’Université de Cambridge; Alisa Vershinina, Megan Supple, Joshua Kapp, Russell Corbett-Detig, Sarah Crump et Richard Green à UC Santa Cruz ; Kristin Laidre de l’Université de Washington, Seattle ; et Love Dalén au Musée suédois d’histoire naturelle de Stockholm.

Ce travail a été financé en partie par la National Science Foundation et le Arctic Field Office du Bureau of Land Management.