ホッキョクグマはわずか7万年前に北極に適応した

北極は地球上で最も住みやすい場所ではない。トナカイなど北極の動物の中には、そこで繁栄するためにいくつかの遺伝的適応を遂げているものがあり、この地域の頂点捕食者も例外ではない。科学者たちは、ホッキョクグマ（ Ursus maritimus ）がヒグマ（ Ursus arctos ）と区別する遺伝子の一部をいつ進化させたのかを解明している。新たなゲノム解析により、ホッキョクグマはつい7万年前に変化した可能性があることが明らかになった。この研究結果は、9月15日付けのBMC Genomics誌に掲載された論文で詳述されている。

ホッキョクグマはヒグマと非常に近い関係にありますが、極寒の北極の環境で生き残るために役立つ重要な適応を数多く持っています。ホッキョクグマは、暖かく乾燥した状態を保つために 2 層の毛皮を持っています。1 層目は、皮膚のすぐそばにある大きな綿毛の層です。もう 1 層は、レインコートのような役割を果たすガード ヘアと呼ばれる長い毛でできています。ホッキョクグマの毛皮の特徴である明るい白色は、カモフラージュに役立ちます。ホッキョクグマは、心臓にダメージを与えることなく、脂肪から大量のコレステロールを消化することもできます。これにより、アザラシやシロイルカなどの一部のクジラ類を食べながら、ホッキョクグマは成長することができます。

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科学者たちは、ホッキョクグマとヒグマが進化の面で分岐したのはごく最近、つまり約過去 100 万年以内だと考えています。ホッキョクグマがいつ、どのように北極に適応したかは、いまだに議論の的となっています。

この研究では、研究チームが現代のホッキョクグマ119頭、現代のヒグマ135頭、化石化したホッキョクグマ2頭のゲノムを分析した。化石の1つは、ノルウェー領スヴァールバル諸島で発見されたプーレピンテンの顎骨で、13万年前から10万年前のものである。もう1つの化石は、アラスカのボーフォート海で発見されたブルーノという愛称のホッキョクグマの幼体の頭蓋骨である。名前に反して、ブルーノは10万年前から7万年前に生息していたメスのクマで、そのゲノムは科学者がヒグマとホッキョクグマの分岐を絞り込むのに役立った。

「私たちは、過去約7万年の間に選択された可能性のある変異体（つまり、化石のホッキョクグマにはなかったもの）をいくつか発見しました」と、研究の共著者でコペンハーゲン大学の進化生物学者マイケル・ウェストベリー氏はポピュラーサイエンス誌に語った。「ホッキョクグマがヒグマから分岐したとき、急速な進化の変化で北極に素早く適応したに違いないと常に考えられてきました。しかし、私たちの研究結果は、そうではなかった可能性があり、北極への適応はより緩やかなプロセスであったことを示唆しています。」

研究チームはこれらのゲノムを比較し、北極への適応に重要な 7 つの遺伝子がいつ選択されたかを判断しました。その結果、4 つの遺伝子 (ABCC6、AIM1、COL5A3、POLR1A) については、ホッキョクグマのゲノムすべてに同じ DNA 変異体が存在することがわかりました。これは固定対立遺伝子と呼ばれ、個体群内の特定の遺伝子にのみ存在する変異体です。

しかし、ヒグマのゲノムには複数の対立遺伝子がありました。これは、これらの遺伝子がすでに古代のホッキョクグマの祖先の中で選択されており、ホッキョクグマは進化の早い段階で北極圏の生活に適応していたことを示唆しています。

しかし、APOB、LYST、TTNと呼ばれる3つの遺伝子には、現代のホッキョクグマのゲノムでは固定されているが、古代のホッキョクグマのゲノムでは固定されていない対立遺伝子が含まれていました。APOB、LYST、TTN遺伝子は、心血管機能に関連しています。APOBとTTNは代謝に関連しています。APOBとLYSTは色素沈着に関連しています。

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研究チームは、これらの遺伝子は、おそらく最終氷河期の終わりごろの最近の歴史においてホッキョクグマが生き残るために必要となった適応と関係があるかもしれないと考えている。また、他の北極の動物が、毛皮の色、心臓の健康、代謝に影響を与えるこれらの遺伝子に関して同様の適応を持っているかどうかも不明である。

「これらの遺伝子のコピーはほとんどの動物に見られると思いますが、ホッキョクグマが北極で生息できたのは、ホッキョクグマ特有の変異によるものかもしれません」とウェストベリー氏は言う。「他の北極の動物にも同じ変異があるかどうかは調べていませんが、追跡調査で興味深い結果になると思います。」