氣候變化正在推動(dòng)北極熊的基因組發(fā)生變化

海冰消退下的“注定失敗”？

北極熊是一類高度依賴于海冰生存的動(dòng)物。有研究表明，北冰洋的洋流正處于過(guò)去12.5萬(wàn)年來(lái)最溫暖的狀態(tài)，而且氣溫仍在持續(xù)上升。隨著海冰不斷消退，北極熊賴以生存的狩獵平臺(tái)正在迅速消失。

基于這一趨勢(shì)，科學(xué)家預(yù)測(cè)，到2050年，超過(guò)三分之二的北極熊可能滅絕，而在本世紀(jì)末，這一物種甚至可能面臨徹底消失的風(fēng)險(xiǎn)。在這樣的背景下，北極熊常被視為氣候變化下“注定失敗”的物種。

2022年，華盛頓大學(xué)的一組科學(xué)家在格陵蘭島東南部發(fā)現(xiàn)，這里存在一個(gè)在遺傳上顯著不同、且在生態(tài)功能上高度隔離的北極熊亞群。這些北極熊長(zhǎng)期生活在比傳統(tǒng)北極熊棲息地更溫暖、也更不穩(wěn)定的環(huán)境中。

在一項(xiàng)新的研究中，另一組研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，氣候變化不僅正在重塑北極熊的棲息地，也正在推動(dòng)北極熊基因組本身發(fā)生變化——而這些變化，或許為它們?cè)诟鼫嘏沫h(huán)境中生存提供了某種適應(yīng)途徑，當(dāng)然，前提是它們能夠獲得足夠的食物和繁殖伙伴。

格陵蘭的東南與東北

長(zhǎng)期的氣象觀測(cè)顯示，格陵蘭島東北部的氣溫更低且變化較小，而東南部的氣溫更高，波動(dòng)也更大。這種氣候條件為生活在這些地區(qū)的北極熊帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)，并改變了它們的棲息環(huán)境。

在格陵蘭島東南部，覆蓋了全島約80%的冰蓋邊緣正在迅速后退，導(dǎo)致大量冰層和棲息地的喪失。冰的消失對(duì)北極熊而言是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，因?yàn)檫@減少了它們捕獵海豹所依賴的狩獵平臺(tái)，進(jìn)而導(dǎo)致種群孤立和食物匱乏。

與此同時(shí)，兩地的自然環(huán)境也截然不同。東北部是一片廣闊而平坦的北極苔原，而東南部則屬于森林苔原——這是針葉林與北極苔原之間的過(guò)渡地帶，降雨更多、風(fēng)力更強(qiáng)，并分布著陡峭的沿海山脈。

此前，華盛頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)從格陵蘭島東北部（氣候較冷）和東南部（氣候較暖）的北極熊身上采集了血液樣本，他們提取了其中的RNA，并進(jìn)行了RNA測(cè)序。

轉(zhuǎn)座元件：基因組中的適應(yīng)信號(hào)

在新的研究中，研究人員則利用這些RNA測(cè)序數(shù)據(jù)，來(lái)分析RNA的表達(dá)情況。這些RNA分子就像信使一樣，顯示那些激進(jìn)處于活躍狀態(tài)，并將其與氣候條件聯(lián)系起來(lái)。這樣就可以得到一幅關(guān)于基因活動(dòng)的詳細(xì)圖景，其中也包括轉(zhuǎn)座元件。

轉(zhuǎn)座元件是一類可移動(dòng)的遺傳元件，它們可以通過(guò)在基因組中的自我復(fù)制和插入事件影響進(jìn)化過(guò)程，而這些變化又可能進(jìn)一步改變基因的表達(dá)模式。

在這項(xiàng)研究中，研究人員分析了兩地北極熊亞群的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，對(duì)比了兩者之間轉(zhuǎn)座元件活性的差異，以及這些差異與溫度變化和基因表達(dá)改變之間的關(guān)聯(lián)。

分析結(jié)果表明，對(duì)于格陵蘭島東南部的北極熊來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)座元件的活性發(fā)生了顯著的表達(dá)差異和序列分化。而且與東北部種群相比，東南部北極熊的轉(zhuǎn)座元件不僅數(shù)量更多，而且整體更“年輕”。

研究顯示，一些與熱應(yīng)激、衰老和代謝相關(guān)的基因，在東南部北極熊種群中表現(xiàn)出不同的活動(dòng)模式。這表明它們可能正在對(duì)更溫暖的環(huán)境作出調(diào)整。

此外，在基因組中與脂肪處理相關(guān)的區(qū)域，也出現(xiàn)了活躍的轉(zhuǎn)錄元件。脂肪代謝在食物匱乏時(shí)尤為重要，這可能意味著，東南部的北極熊正在逐漸適應(yīng)以溫暖地區(qū)更粗糙的植物性食物為主的飲食結(jié)構(gòu)。相比之下，北方地區(qū)的北極熊主要以富含脂肪的海豹為食。

適應(yīng)與保護(hù)

總體而言，氣候變化正在重塑北極熊的棲息地，并引發(fā)遺傳層面的改變，使東南部的北極熊逐漸進(jìn)化，以適應(yīng)新的地形和飲食條件。

新的研究表明，在轉(zhuǎn)座元件層面發(fā)生的基因組響應(yīng)，可能為格陵蘭島東南部北極熊亞群體適應(yīng)并存活于氣候變化下提供了一種潛在機(jī)制，同時(shí)也為北極熊的保護(hù)研究提供了有價(jià)值的基因組學(xué)資源。

未來(lái)的研究還可以納入生活在其他極端或挑戰(zhàn)性氣候條件下的北極熊種群。理解這些遺傳變化，有助于研究人員判斷北極熊在不斷變暖的世界中可能如何生存，以及哪些種群面臨的風(fēng)險(xiǎn)最大。

#參考來(lái)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

#圖片來(lái)源：

封面圖&首圖：garyankurd / Pixabay