Why polar bears don’t need to hibernate

Niedźwiedzie brunatne i czarne hibernują zimą, aby zachować energię i ciepło. Ale to samo nie dotyczy niedźwiedzi polarnych.

Tylko ciężarne niedźwiedzie polarne zaszywają się na zimniejsze miesiące. Więc jak reszta przeżywa ekstremalne arktyczne zimy?

W nowym badaniu naukowcy pokazują, że geny kontrolujące produkcję tlenku azotu w genomie niedźwiedzi polarnych różnią się w porównaniu z podobnymi genami u niedźwiedzi brunatnych i czarnych.

„Ze wszystkimi zmianami w globalnym klimacie, staje się bardziej istotne, aby przyjrzeć się, jakiego rodzaju adaptacje istnieją w organizmach, które żyją w tych środowiskach na dużych wysokościach”, mówi główny badacz Charlotte Lindqvist, adiunkt nauk biologicznych na Uniwersytecie w Buffalo.

„To badanie zapewnia jedno małe okno do niektórych z tych adaptacji”, mówi. „Funkcje genów, które miały do czynienia z produkcją tlenku azotu wydawały się być bardziej wzbogacone w niedźwiedzia polarnego niż w niedźwiedzie brunatne i czarne niedźwiedzie. Było więcej unikalnych wariantów w genach niedźwiedzi polarnych niż w genach innych gatunków.”

Ciepło zamiast energii

Badacze twierdzą, że adaptacje genetyczne są ważne ze względu na kluczową rolę, jaką tlenek azotu odgrywa w metabolizmie energetycznym.

Typowo, komórki przekształcają składniki odżywcze w energię. Istnieje jednak zjawisko zwane termogenezą adaptacyjną lub termogenezą bezdrżeniową, w której komórki będą wytwarzać ciepło zamiast energii w odpowiedzi na konkretną dietę lub warunki środowiskowe.

Poziomy produkcji tlenku azotu mogą być kluczowym przełącznikiem wyzwalającym ile ciepła lub energii jest wytwarzane jako komórki metabolizują składniki odżywcze, lub ile składników odżywczych jest przechowywanych jako tłuszcz, Lindqvist says.

„Na wysokich poziomach, tlenek azotu może hamować produkcję energii,” mówi Andreanna Welch, pierwszy autor i były badacz postdoktorancki z Lindqvist. „Na bardziej umiarkowanych poziomach, jednak może to być bardziej majsterkowanie, gdzie tlenek azotu jest zaangażowany w określanie, czy-i kiedy-energia lub ciepło jest produkowane.”

W nowym badaniu, opublikowanym w czasopiśmie Genome Biology and Evolution, naukowcy przyjrzeli się mitochondrialnym i jądrowym genomom 23 niedźwiedzi polarnych, trzech niedźwiedzi brunatnych i czarnego niedźwiedzia.

Badania są częścią większego programu poświęconego zrozumieniu, jak niedźwiedź polarny przystosował się do surowego arktycznego środowiska. W 2012 roku, Lindqvist i współpracownicy zgłosili sekwencjonowanie genomów wielu niedźwiedzi brunatnych, czarnych i polarnych.

W poprzedniej pracy w Proceedings of the National Academy of Sciences, badania porównawcze między DNA tych trzech gatunków odkryły pewne charakterystyczne cechy niedźwiedzi polarnych, takie jak różnice genetyczne, które mogą wpływać na funkcję białek zaangażowanych w metabolizm tłuszczu – proces, który jest bardzo ważny dla izolacji.

Współautorzy to naukowcy z Penn State, US Geological Survey Alaska Science Center, Durham University, i University of California, Santa Cruz. Uniwersytet w Buffalo i National Fish and Wildlife Foundation wsparły badania.

.