Sponseret af E-magasinet Polarfronten

Videnskab.dk bringer udvalgte artikler fra e-magasinet Polarfronten.

Isbjørnen er ikke bare en brun bjørn med hvid pels
Det er nu slået fast, at isbjørnen og den brune bjørn er to forskellige arter. Et internationalt forskerteam med dansk deltagelse har kortlagt isbjørnens genom og fundet, at den har udviklet sig til en selvstændig art inden for de seneste 100.000 år.

Den brune bjørn holder til i skovklædte områder og lever af fisk, smådyr, bær og insekter. (Foto: Shutterstock)

Den brune bjørn holder til i skovklædte områder og lever af fisk, smådyr, bær og insekter. (Foto: Shutterstock)

 

Ingen vil umiddelbart forveksle en isbjørn med en brun bjørn. Det er også almindelig kendt, at de to bjørne lever meget forskellige liv. Isbjørnen vandrer rundt på havisen i højarktis, hvor den klarer sig på en iøjnefaldende ensidig og fedtrig kost hovedsageligt bestående af sæl.

Den brune bjørn holder til i skovklædte områder og lever af fisk, smådyr, bær og insekter. Alligevel har det indtil for ganske nylig været god latin i biologiske fagkredse, at isbjørnen og den brune bjørn tilhørte den samme art, og at isbjørnen dermed i virkeligheden blot var en brun bjørn, som var hvid. Den holdning er blevet styrket af, at en isbjørn og en brun bjørn kan parre sig og få afkom.

Det var således også, hvad postdoc og genforsker Eline Lorenzen lærte, da hun for nogle få år siden læste biologi på Københavns Universitet.

Men nu har hun som del af et internationalt forskerteam fra University of California, Berkeley, Center for GeoGenetik, Statens Naturhistoriske Museum på Københavns Universitet og BGI-Shenzen i Kina for ganske nylig været med til at trække tæppet væk under denne del af vores børnelærdom ved at fastslå, at isbjørnen er en selvstændig art.

Bjørnene er to forskellige arter

Når tidligere genundersøgelser har vist, at der var tale om én art, er en del af forklaringen, at forskerne har begrænset sig til at undersøge cellens mitokondrie-DNA (mitokondriegenomet) og ikke cellekernens DNA (kernegenomet).

Mitokondrierne er meget hurtigere og nemmere at arbejde med, men indeholder kun DNA-oplysninger fra moderen og tegner derfor et forenklet genetisk billede. Inddrager man også cellekernens DNA, som indeholder DNA fra både faderen og moderen, så viser der sig så store genetiske forskelle, at forskerne nu kan fastslå, at der er tale om to arter.

»Vi blev meget overraskede, da vi stod med resultatet,« fortæller Eline Lorenzen. »Vi troede faktisk ikke rigtig på det, og vi brugte et par uger på systematisk at søge efter fejl i vores analyser. Men det viste sig simpelthen, at der var tale om to selvstændige arter.«

Video: Videnskabernes Selskab

Og så skete der noget, som kan føre en mørk sky ind over ethvert ambitiøst forskningsprojekt. Et andet forskerhold publicerede en artikel med den samme konklusion.

»Tre uger efter kom der i tidsskriftet Science en artikel med præcis den samme konklusion. Det var pisseærgerligt! Vi havde siddet med de her kolossale datamængder i to et halvt år – to et halvt år! – og knoklet og knoklet, og vi havde arbejdet med 100 isbjørneindivider, hvor vi havde kortlagt hele genomet, 20.000 gener. De andre havde kun kortlagt 14 gener, og så fik de en forside i Science. Jeg ved godt, det kan lyde latterligt for mange, men det med forsider går vi utroligt meget op i,« siger Eline Lorenzen med et selvironisk grin.

Hurtig udvikling af isbjørnen som selvstændig art

Endnu et forskerhold kom ud med en artikel om emnet to måneder senere, men det viste sig, at mens der var enighed om, at isbjørnen var en selvstændig art, så var de tre forskerhold grundlæggende uenige om, hvor længe den havde været det.

Den ene gruppe havde beregnet, at udspaltningen af isbjørnen fra den brune bjørn var sket for 600.000 år siden. Den anden, at det var sket for mellem 4 og 5 millioner år siden. Og her havde Eline Lorenzen og hendes kollegaer et andet bud:

»Det, vi ved med sikkerhed, er, at der fandtes noget, der minder om en moderne isbjørn allerede for 110.000 år siden,« fortæller hun. »Den viden har vi fra en gammel kæbeknogle, der blev fundet på Svalbard, og som er blevet dateret til at være 110.000 år gammel. Samtidig har isotopanalyser af knoglen vist, at bjørnen har levet af mad fra havet ligesom vor tids isbjørn.«

Eline Lorenzens forskergruppe har desuden ved at sammenligne DNA fra de to bjørne beregnet matematisk, at den genetiske udspaltning af isbjørnen fra den brune bjørn tidligst kan være sket for 500.000 år siden.

»Så specialiseringen af isbjørnen som selvstændig art må være sket inden for 2-300.000 år, hvilket er kolossalt hurtigt evolutionært og gør isbjørnen til en af de nyeste arter i verden blandt de store pattedyr.«

Bjørnene skulle tilpasse sig nye vilkår

Fakta

Om undersøgelsen Forskerne har kortlagt både den brune bjørns og isbjørnens genom. 20.000 gener hos hver art. Deres analyser omfattede blod- og vævsprøver fra 79 grønlandske isbjørne og 10 brune bjørne fra Sverige, Finland og Alaska. Isbjørneprøverne er blevet indsamlet af Rune Dietz og Christian Sonne fra Aarhus Universitet og af Erik Born fra Grønlands Naturinstitut. Projektet har været et samarbejde mellem forskere fra University of California i Berkeley, Center for GeoGenetik på Statens Naturhistoriske Museum pa Kobenhavns Universitet og BGIShenzen i Kina. Projektet blev ledet af Jun Wang fra BGI-Shenzen i Kina.

Eline Lorenzen mener, at isbjørnen har udviklet evnen til at leve i det arktiske område så hurtigt, fordi den på et tidspunkt blev udsat for et voldsomt pres til at tilpasse sig nogle helt nye vilkår.

For 4-500.000 år siden oplevede Jorden en lang, varm mellemistid, som kan have fået blandt andet den brune bjørn til at søge nordpå mod Polarcirklen. Da kulden og isen vendte tilbage, kan man forestille sig, at de brune bjørne er trukket sydpå igen til varmere himmelstrøg, men at en gruppe er blevet isoleret i den arktiske kulde og har været nødt til at tilpasse sig de nye omgivelser, hvis de skulle overleve.

Forskerne har derfor ledt efter de gener, som kan være et resultat af det selektionspres, som bjørnens nye tilværelse i de arktiske omgivelser påtvang den.

»Vi har kortlagt de 20.000 gener hos hhv. isbjørnen og den brune bjørn og har søgt efter de gener, som er mest forskellige hos de to bjørne, og som har været under størst selektion hos isbjørnen,« fortæller Eline Lorenzen.

»Vi har også søgt efter gener, hvor der er stor variation hos den brune bjørn, men ingen variation hos isbjørnen. Et gen, som har været under stærk selektion, har nemlig kun ganske få varianter, der er gode nok.«

Isbjørne kan leve med et meget højt fedtindtag

Forskerne har især haft fokus på at kortlægge de gener, der gør isbjørnen i stand til at klare en livslang fedtholdig kost uden at blive ramt af hjertekarsygdomme.

»En isbjørn er afhængig af fedt. Diende unger drikker isbjørnemoderens mælk, der kan indeholde op til 30 procent fedt, og voksne bjørne lever hovedsageligt af sæler, som er ekstremt fedtholdige. Isbjørnene har store fedtdepoter under huden, som kan blive op til 11 centimeter tykke, og da de lever i en polarørken uden adgang til ferskvand det meste af året, er de afhængige af det vand, der er et biprodukt af nedbrydningen af fedt. Som hos kameler, hvor fedtet i puklerne bliver omdannet til vand.«

Isbjørnen vandrer rundt på havisen i højarktis, hvor den klarer sig på en iøjnefaldende ensidig og fedtrig kost hovedsageligt bestående af sæl. (Foto: Shutterstock)

Det er derfor ikke så overraskende, at forskerne under deres kortlægning af de 20.000 gener har konstateret, at halvdelen af de 20 gener, der har været under stærkest selektion hos isbjørnen, har noget at gøre med fedttransport i blodet og med fedtsyrestofskiftet.

»Her har vi de gener, der sandsynligvis har været bestemmende for, at isbjørnen har kunnet tilpasse sig en ny niche i højarktis,« fortæller Eline Lorenzen.

»Og det er interessant at se, at arten kan leve med et så højt fedtindtag og kolesterolindhold i blodet. Tilsvarende værdier hos mennesket ville give mange hjerte-kar-problemer og åreforkalkning. Vi ser, at mange gener, der er associerede med hjerte-kar-sygdomme, har været under et voldsomt selektionspres. Det kan forklare tilpasningen til en meget fed føde.«

Blandt de 20 gener, der har været under stærkest selektivt pres hos isbjørnen, er også LYST, der har at gøre med pigmentering og muligvis kan forklare isbjørnens hvide pels, der skyldes en mangel på pigmentkorn i håret.

 

På den rette hylde

Forskerne har brugt prøver fra flere steder i verden. Prøverne af den brune bjørn er fra nedlagte bjørne i Sverige, Finland og Alaska. Og blod- og vævsprøver af isbjørnene stammer fra Grønland og er hentet hos kollegaer på Grønlands Naturinstitut og Institut for Bioscience på Aarhus Universitet.

Eline Lorenzen har også selv været med ude og indsamle prøver sammen med kollegaer fra Aarhus Universitet og taler om feltarbejdet med begejstring i stemmen. Men det fylder desværre ikke ret meget i det samlede arbejde.

»Vi tager prøverne med hjem til København og bearbejder dem i DNA-laboratoriet på Center for GeoGenetik. Det er et kedeligt arbejde! Da jeg blev biolog, ville jeg gerne ud og lave en masse feltarbejde. Siden har jeg fundet ud af, at man laver to dages feltarbejde, så følger to års arbejde i laboratoriet, og efterfølgende sidder man et par år og analyserer data. Så det er overhovedet ikke, som jeg havde troet. Man skulle være blevet økolog i stedet for genetiker,« siger hun med et grin.

Det kan godt være, at der er meget rutinepræget laboratoriearbejde, men det er nu meget svært at tro på, at Eline Lorenzen skulle have fortrudt sit valg af genforskningen. Hun taler allerede entusiastisk om det næste projekt, hvor hun skal undersøge klimaforandringernes betydning for isbjørnen. Og så har forsiden på tidsskriftet Cell nok også været et plaster på såret. 

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs her om påfugleedderkoppen, der er opkaldt efter fisken Nemo.