Un nuevo estudio proporciona una visión mejorada de las historias evolutivas entrelazadas de los osos polares y los osos pardos.

Convertirse en especies separadas no impidió por completo que estos animales se aparearan entre sí. Los científicos saben esto desde hace algún tiempo, pero la nueva investigación se basa en un conjunto de datos ampliado, incluido el ADN de un antiguo diente de oso polar, para obtener más detalles.

La historia que emerge revela complejidades similares a las que complican la historia evolutiva humana.

"La formación y mantenimiento de especies puede ser un proceso complicado", dice Charlotte Lindqvist, Ph.D., profesora asociada de ciencias biológicas en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Buffalo y experta en genética de osos. "Lo que sucedió con los osos polares y los osos pardos es un claro análogo a lo que estamos aprendiendo sobre la evolución humana:que la división de especies puede ser incompleta. A medida que se recuperan más y más genomas antiguos de poblaciones humanas antiguas, incluidos los neandertales y los denisovanos, , estamos viendo que hubo una mezcla genética multidireccional a medida que diferentes grupos de humanos arcaicos se aparearon con ancestros de humanos modernos. Los osos polares y los osos pardos son otro sistema en el que se ve que esto sucede".

"Encontramos evidencia de mestizaje entre osos polares y osos pardos que es anterior a un antiguo oso polar que estudiamos", dice ella. "Y, además, nuestros resultados demuestran una historia evolutiva complicada y entrelazada entre los osos pardos y polares, en la que la dirección principal del flujo de genes va de los osos pardos a los osos polares. Esto invierte una hipótesis sugerida por otros investigadores de que el flujo de genes ha sido unidireccional y entrando en osos pardos alrededor del pico de la última edad de hielo".

El estudio se publicará la semana del 6 de junio en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Fue dirigido por Lindqvist en UB en los EE. UU.; Luis Herrera-Estrella en el Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad (LANGEBIO) en México y la Universidad Tecnológica de Texas en los EE. UU.; y Kalle Leppälä en la Universidad de Oulu en Finlandia. Tianying Lan, Ph.D., ex investigador postdoctoral de la UB ahora en Daicel Arbor Biosciences, fue coautor junto con Leppälä.

El concepto de osos polares adaptados al Ártico que capturan material genético de osos pardos, que están adaptados a la vida en latitudes más bajas, es uno de varios hallazgos de posible interés para los científicos preocupados por los impactos del cambio climático en las especies amenazadas.

A medida que el mundo se calienta y el hielo marino del Ártico disminuye, los osos polares y los osos pardos pueden encontrarse con más frecuencia en lugares donde sus áreas de distribución se superponen. Esto hace que su historia evolutiva compartida sea un tema de estudio particularmente intrigante, dice Lindqvist.

La división de especies puede ser un proceso complicado

Como explica Lindqvist, los científicos alguna vez pensaron que los humanos modernos y los neandertales simplemente se dividieron en especies separadas después de evolucionar a partir de un ancestro común. Luego, los investigadores encontraron ADN neandertal en personas euroasiáticas modernas, lo que implica que las poblaciones humanas modernas recibieron una afluencia de genes de los neandertales en algún momento de su historia evolutiva compartida, dice ella.

Solo más tarde los científicos se dieron cuenta de que esta mezcla genética también complementaba a las poblaciones neandertales con genes humanos modernos, agrega Lindqvist. En otras palabras, el mestizaje puede ser complejo, no necesariamente una calle de sentido único, dice ella.

El nuevo estudio sobre osos revela una historia notablemente similar:el análisis encuentra evidencia de hibridación tanto en el genoma del oso polar como en el del oso pardo, y los osos polares en particular tienen una fuerte firma de una afluencia de ADN de los osos pardos, dicen los investigadores. Investigaciones anteriores propusieron solo el patrón inverso, dice Lindqvist.

"Es emocionante cómo el ADN puede ayudar a revelar la historia de la vida antigua. La dirección del flujo de genes es más difícil de determinar que simplemente su presencia, pero estos patrones son vitales para comprender cómo las adaptaciones pasadas se han transferido entre las especies para dar a los animales modernos sus características actuales", dice Leppälä, Ph.D., investigador postdoctoral en la unidad de investigación de ciencias matemáticas de la Universidad de Oulu.

"La genómica de poblaciones es una caja de herramientas cada vez más poderosa para estudiar la evolución de las plantas y los animales y los efectos de la actividad humana y el cambio climático en las especies en peligro de extinción", dice Herrera-Estrella, Ph.D., Profesora Distinguida de Genómica de Plantas del Presidente y directora del Instituto de Genómica para la tolerancia al estrés abiótico de los cultivos en el Departamento de Ciencias de Plantas y Suelos de Texas Tech. También es profesor emérito de LANGEBIO. "Los osos no proporcionan historias simples de especiación más que la evolución humana. Esta nueva investigación genómica sugiere que los grupos de especies de mamíferos pueden ocultar historias evolutivas complicadas".

Evidencia de genomas de osos modernos y ADN de un diente antiguo

El estudio analizó los genomas de 64 osos polares y pardos modernos, incluidos varios genomas nuevos de Alaska, un estado donde se encuentran ambas especies.

El equipo también produjo un genoma nuevo y más completo para un oso polar que vivió hace entre 115.000 y 130.000 años en el archipiélago noruego de Svalbard. El ADN del antiguo oso polar se extrajo de un diente adherido a una mandíbula subfósil, que ahora se encuentra en el Museo de Historia Natural de la Universidad de Oslo.

Usando este conjunto de datos, los investigadores estiman que los osos polares y los osos pardos comenzaron a convertirse en especies distintas hace aproximadamente 1,3 a 1,6 millones de años, actualizando las evaluaciones anteriores realizadas por algunos de los mismos científicos. La edad de la división ha sido y sigue siendo un tema de debate científico, con entrecruzamiento pasado y evidencia fósil limitada de antiguos osos polares entre los factores que hacen que el momento sea difícil de precisar, dice Lindqvist.

En cualquier caso:después de convertirse en su propia especie, los osos polares sufrieron una disminución dramática de la población y un cuello de botella genético prolongado, lo que dejó a estos osos con mucha menos diversidad genética que los osos pardos, concluye el nuevo estudio. Los hallazgos confirman investigaciones anteriores que apuntan a las mismas tendencias y agregan evidencia que respalda esta hipótesis.

Junto con el análisis del flujo de genes, estos hallazgos brindan nuevos conocimientos sobre la historia evolutiva entrelazada y desordenada de los osos polares y los osos pardos.

El equipo de investigación internacional incluyó a científicos de la UB, LANGEBIO, Texas Tech, la Universidad de Oulu, el Instituto de Arte y Ciencia Far Northwestern, el Departamento de Pesca y Caza de Alaska, el Museo de Historia Natural de la Universidad de Oslo, la Universidad Tecnológica de Nanyang, Universidad de Helsinki y Universidad de Aarhus.