Шли за лучшей жизнью: новые факты популяционной истории бурых медведей
Газета Наука в Сибири №29 (3340) от 28 июля 2022 г.
Сайт Наука в Сибири 5 августа 2022 г.
Ученые Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН реконструировали и впервые сравнили митохондриальные ДНК древних и современных бурых медведей Западной Сибири. Полученные в ходе исследования данные подтвердили теорию о нескольких волнах миграции животных в плейстоцене. Статья о работе опубликована в Biological Journal of the Linnean Society
Бурые медведи — одни из крупнейших наземных хищников нашей планеты. Представители этого вида играют важную роль в пищевой цепи. Они участвуют в регуляции численности других млекопитающих, но в то же время сами испытывают угрозу со стороны охотников. Обитающие в Сибири и на Дальнем Востоке бурые медведи составляют единую популяцию и в отличие от европейских собратьев по-прежнему остаются практически неизученными.
Как отмечает младший научный сотрудник лаборатории цитогенетики животных ИМКБ СО РАН Анна Сергеевна Молодцева, в проведении исследований институту помогали группы российских и иностранных ученых. Первые предоставили кости 19 современных медведей из Якутии, Томской области, Хабаровского края и других регионов страны, а вторые занимались расшифровкой их ДНК. “В нашей лаборатории мы занимались только древними образцами. Дело в том, что процесс получения генома из таких объектов сопряжен с высокой вероятностью контаминации, происходящей из-за попадания в помещение элементов более свежих и качественных ДНК”, — подчеркивает Анна Молодцева. Чтобы избавиться от лишних примесей, в том числе обусловленных взаимодействием человека с материалами, специалисты работают в специализированном боксе с соблюдением протокола аутентичности.
Использование сотрудниками ИМКБ СО РАН молекулярных методов в дополнение к морфологическому анализу позволило достоверно определить все необходимые параметры. “Мы получили кости древних бурых и малых пещерных медведей, обитавших на территории Сибири 4,5—40 тысяч лет назад, — рассказывает Анна Сергеевна. — По внешним признакам каждый объект соответствовал прикрепленной к нему бирке с указанием вида, но после изучения генетического материала оказалось, что все останки, в общем-то, принадлежат бурым медведям”.
Собрать полную последовательность митохондриальных ДНК древних организмов очень сложно, так как под воздействием внешних факторов она фрагментируется и накапливает замены (ошибки). Тем не менее ученые института добились сборки на уровне 90%. Для этого была задействована методика обогащения генома, предполагающая создание специального зонда и наработку ДНК на современном образце. Последняя используется как магнит для комплиментарных фрагментов ДНК ископаемого объекта. В результате получают раствор, содержащий на порядок больше целевых фрагментов, что существенно удешевляет сборку полного генома.
После проведения секвенирования и обработки информации на сервере ИМКБ СО РАН специалисты сравнили древних и современных сибирских, дальневосточных, европейских и японских медведей. Всего было рассмотрено около 300 геномов, в число которых, помимо 23 впервые реконструированных последовательностей, вошли уже известные ДНК, хранящиеся в открытой базе генетических данных. Анна Молодцева рассказывает: “Цель всей нашей работы заключается в поиске потомков медведей, обитавших в Сибири много лет назад, и в определении траектории их перемещений по земному шару”. Например, признаки одного из сибирских образцов возрастом порядка 40 тысяч лет позволили отнести его к кладе (группе организмов, обладающих общим предком) 3a2, характерной для Центрального Хоккайдо. По словам исследовательницы, этот результат согласуется с историей кли матических изменений: “Примерно 75 тысяч лет назад, во время ледникового периода, изменился уровень Мирового океана, вследствие чего открылся сухопутный коридор между материком и островами. В поисках лучших условий для жизни животные расселились за пределы континента и попали на территорию Японии”. Из 19 ДНК современных медведей, проанализированных учеными, 2 оказались максимально близки геному представителей популяции Восточного Хоккайдо и медведя из Денисовой пещеры. Это говорит о том, что среди особей вида, обитающих сегодня в Сибири, всё еще встречаются такие, которые похожи на своих древних предков.
Несмотря на ценность информации о митохондриальной ДНК, ее недостаточно для получения ответов на многие вопросы. Анна Сергеевна отмечает: чтобы обнаружить новые факты популяционной истории вида, нужно изучать ядерные геномы. В частности, их реконструкция позволит выявить причи ну схожести митохондриальных последовательностей бурых и древних медведей. Помимо этого, сотрудники института планируют восстановить родословную малых пещерных медведей.
Молекулярные исследования ИМКБ СО РАН могут найти практическое применение в качестве средства определения территориальной принадлежности тех или иных групп животных и отдельных особей, что будет полезно для борьбы с браконьерством. Их результаты также расскажут о процессах, происходящих на Земле в периоды неблагоприятных климатических условий. Анна Молодцева подчеркивает: все генетические последовательности, найденные сотрудниками института, загружены в единую базу данных, поэтому любой человек сможет задействовать их в будущих научных работах.
Дмитрий Медведев
PDF-файл статьи