气候变化正在推动北极熊的基因组发生变化

本文来自微信公众号： 原理 ，作者：糖兽

海冰消退下的“注定失败”？

北极熊是一类高度依赖于海冰生存的动物。有研究表明，北冰洋的洋流正处于过去12.5万年来最温暖的状态，而且气温仍在持续上升。随着海冰不断消退，北极熊赖以生存的狩猎平台正在迅速消失。

基于这一趋势，科学家预测，到2050年，超过三分之二的北极熊可能灭绝，而在本世纪末，这一物种甚至可能面临彻底消失的风险。在这样的背景下，北极熊常被视为气候变化下“注定失败”的物种。

2022年，华盛顿大学的一组科学家在格陵兰岛东南部发现，这里存在一个在遗传上显著不同、且在生态功能上高度隔离的北极熊亚群。这些北极熊长期生活在比传统北极熊栖息地更温暖、也更不稳定的环境中。

在一项新的研究中，另一组研究团队发现，气候变化不仅正在重塑北极熊的栖息地，也正在推动北极熊基因组本身发生变化——而这些变化，或许为它们在更温暖的环境中生存提供了某种适应途径，当然，前提是它们能够获得足够的食物和繁殖伙伴。

格陵兰的东南与东北

长期的气象观测显示，格陵兰岛东北部的气温更低且变化较小，而东南部的气温更高，波动也更大。这种气候条件为生活在这些地区的北极熊带来了诸多挑战，并改变了它们的栖息环境。

在格陵兰岛东南部，覆盖了全岛约80%的冰盖边缘正在迅速后退，导致大量冰层和栖息地的丧失。冰的消失对北极熊而言是一个严重的问题，因为这减少了它们捕猎海豹所依赖的狩猎平台，进而导致种群孤立和食物匮乏。

与此同时，两地的自然环境也截然不同。东北部是一片广阔而平坦的北极苔原，而东南部则属于森林苔原——这是针叶林与北极苔原之间的过渡地带，降雨更多、风力更强，并分布着陡峭的沿海山脉。

此前，华盛顿大学的研究团队已经从格陵兰岛东北部（气候较冷）和东南部（气候较暖）的北极熊身上采集了血液样本，他们提取了其中的RNA，并进行了RNA测序。

转座元件：基因组中的适应信号

在新的研究中，研究人员则利用这些RNA测序数据，来分析RNA的表达情况。这些RNA分子就像信使一样，显示那些激进处于活跃状态，并将其与气候条件联系起来。这样就可以得到一幅关于基因活动的详细图景，其中也包括转座元件。

转座元件是一类可移动的遗传元件，它们可以通过在基因组中的自我复制和插入事件影响进化过程，而这些变化又可能进一步改变基因的表达模式。

在这项研究中，研究人员分析了两地北极熊亚群的转录组数据，对比了两者之间转座元件活性的差异，以及这些差异与温度变化和基因表达改变之间的关联。

分析结果表明，对于格陵兰岛东南部的北极熊来说，转座元件的活性发生了显著的表达差异和序列分化。而且与东北部种群相比，东南部北极熊的转座元件不仅数量更多，而且整体更“年轻”。

研究显示，一些与热应激、衰老和代谢相关的基因，在东南部北极熊种群中表现出不同的活动模式。这表明它们可能正在对更温暖的环境作出调整。

此外，在基因组中与脂肪处理相关的区域，也出现了活跃的转录元件。脂肪代谢在食物匮乏时尤为重要，这可能意味着，东南部的北极熊正在逐渐适应以温暖地区更粗糙的植物性食物为主的饮食结构。相比之下，北方地区的北极熊主要以富含脂肪的海豹为食。

适应与保护

总体而言，气候变化正在重塑北极熊的栖息地，并引发遗传层面的改变，使东南部的北极熊逐渐进化，以适应新的地形和饮食条件。

新的研究表明，在转座元件层面发生的基因组响应，可能为格陵兰岛东南部北极熊亚群体适应并存活于气候变化下提供了一种潜在机制，同时也为北极熊的保护研究提供了有价值的基因组学资源。

未来的研究还可以纳入生活在其他极端或挑战性气候条件下的北极熊种群。理解这些遗传变化，有助于研究人员判断北极熊在不断变暖的世界中可能如何生存，以及哪些种群面临的风险最大。

#参考来源：

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