КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 22-24-00282

НазваниеИскопаемый медведь с острова Большой Ляховский (Якутия): Палеобиологический и палеогеномный анализ

РуководительБулыгина Евгения Станиславовна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2023 г. 

Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-201 - Структурная, функциональная и эволюционная геномика

Ключевые словапалеогеномика, древняя ДНК, секвенирование ДНК, геномика, палеобиология, популяционная генетика, митохондриальная ДНК, вымершие виды, медведь

Код ГРНТИ34.15.29


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Бурый медведь (Ursus arctos) – широко распространенный вид, населяющий лесную зону Евразии, в том числе и в Якутии. Связь с лесными местообитаниями объясняет, почему плейстоценовые находки этого вида редки на севере Восточной Сибири - в плейстоцене здесь преобладали открытые тундра-степные и остепнённые ландшафты. Более 60% современного ареала бурых медведей приходится на Россию, однако палеоэкологические и палеобиологические данные по этому региону остаются скудными. Генетические данные бурого медведя из российской популяции (в том числе полные митогеномы) широко представлены в опубликованной литературе, однако детальная геномная информация их вымерших предков фактически отсутствует. Наряду с бурым медведем в среднем и позднем плейстоцене Евразию населял пещерный медведь (U. spelaeus), который вымер около 15 тысяч лет назад и согласно последним данным разошелся с линией предков современных бурых и белых медведей примерно 1,5 млн лет назад. В рамках данного проекта его авторы определят видовую принадлежность и всесторонне изучат останки медведя, который обитал на территории Сибири - период дат от 22 000 до 39 500 лет назад. Туша медведя, извлеченная из вечной мерзлоты на острове Большой Ляховский в 2020, будет датирована и подвергнута всестороннему палеобиологическому и палеогеномному анализу.

Ожидаемые результаты
В рамках выполнения проекта авторы: (1) Проведут датировку туши медведя, обнаруженной на острове Большой Ляховский в университете Гронингена (Нидерланды), используя радиоуглеродный метод анализа. (2) Детально опишут морфометрические характеристики обнаруженной туши, в том числе проведут сравнительный краниологический анализ, используя ранее опубликованные данные для ископаемых и современных представителей Ursus arctos (Барышников и др., 2007) и U. spelaeus. (3) Проведут секвенирование и de novo сборку митохондриального генома ископаемого образца медведя, обнаруженного на острове Большой Ляховский. Данный митохондриальный геном будет подвергнут сравнительному анализу, используя ранее опубликованные митогеномы для ископаемых и современных представителей U. arctos и U. spelaeus, в том числе из Якутии (Rey-Iglesia et al., 2019; Barlow et al., 2021). (4) Проведут секвенирование и последующий анализ ядерного генома ископаемого образца медведя, обнаруженного на острове Большой Ляховский (покрытие: не менее 10Х). Авторы намерены оценить ранее озвученное утверждение о независимой эволюции белых (U. maritimus) и бурых медведей в течение последних 4 - 5 миллионов лет (Miller et al., 2012), а также оценить уровень потенциальной интрогрессии аллелей белого медведя в геном исследуемого медведя. Используя современные биоинформатические методы и ранее опубликованные геномы белого, бурого и пещерного медведей, авторы намерены оценить демографическую историю исследуемого образца. (5) Авторы намерены провести анализ бактериальных и вирусных патогенов в экстрактах древней ДНК, выделенной из образцов костной и мышечной ткани медведя, чья туша была обнаружена на острове Большой Ляховский.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Бурый медведь (Ursus arctos) – широкоареальный вид, населяющий лесную зону Евразии, в том числе и в Якутии. Связь с лесными местообитаниями объясняет, почему плейстоценовые находки этого вида редки на севере Восточной Сибири – в плейстоцене здесь преобладали открытые тундростепные и остепнённые ландшафты. Более 60% современного ареала бурых медведей приходится на Россию, однако палеоэкологические и палеобиологические данные по этому региону остаются скудными. Генетические данные бурого медведя из российской популяции (в том числе полные митогеномы) широко представлены в опубликованной литературе, однако детальная геномная информация их вымерших предков фактически отсутствует. В рамках данного проекта его авторы всесторонне изучают остатки медведя, который обитал на территории Сибири, согласно проведенному в рамках проекта радиоуглеродному анализу, всего 3500 лет назад. Первичный морфологический анализ мумифицированной туши бурого медведя показал, что перед исследователями молодая особь. На это указывают промеры черепа, несформировавшийся сагиттальный гребень черепа и некрупные размеры верхнего клыка. Предполагается, что во взрослом возрасте исследуемый экземпляр имел бы такие же параметры черепа, как и современные самцы бурых медведей, населяющих лесную зону Северо-Восточной Евразии. Причины преждевременной смерти/гибели молодого медведя пока точно не установлены. Его грудная клетка практически прижата к позвоночнику, первый и второй поясничные позвонки полностью отделены друг от друга. Предполагается, что туша была чем-то сильно придавлена, например, глыбой льда. На основании того что зверь имел зимний меховой покров можно констатировать, что его смерть наступила в холодное время года. Современные методы палеогеномики и биоинформатики позволили реконструировать полную последовательность митохондриального генома (небольшая молекула ДНК, находящаяся в митохондриях, органеллах эукариотических клеток, наследуемая преимущественно по материнской линии) ископаемого бурого медведя. Его сравнительный анализ с последовательностями митохондриальных геномов других древних (возрастом 3500–40000 лет) и современных медведей продемонстрировал несменяемость (филопатрию) материнской линии бурых медведей Северо-Восточной Сибири на протяжении последних нескольких тысяч лет. Более того, популяции медведей, населяющие современные европейскую часть России и Эстонию, по-видимому, имеют общую «праматерь» с якутскими медведями.

 

Публикации

1. Булыгина Е.С., Шарко Ф.С., Чепрасов М.Ю., Гладышева-Азгари М.В., Слободова Н.В., Цыганкова С.В., Расторгуев С.М., Григорьева Л.В., Копп М., Фернандес Д.М.О., Новгородов Г.П., Боескоров Г.Г., Протопопов А.В., Хванг В.-С., Тихонов А.Н., Недолужко А.В, Ancient DNA Reveals Maternal Philopatry of the Northeast Eurasian Brown Bear (Ursus arctos) Population during the Holocene Genes, том 13, выпуск 11, стр. 1961 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/genes13111961

2. Булыгина Е.С., Шарко Ф.С., Чепрасов М.Ю., Гладышева-Азгари М.В., Слободова Н.В., Цыганкова С.В., Расторгуев С.М., Григорьева Л.В., Копп M.E., Фернандес Д.М.О., Боескоров Г.Г., Протопопов А.В., Тихонов А.Н., Недолужко А.В. Митохондриальный геном голоценового (плейстоценового?) бурого медведя с острова Большой Ляховский (Якутия) и его филогенетический анализ ЗИН РАН, Санкт-Петербург, с.12 (год публикации - 2022)

3. Булыгина Е.С., Шарко Ф.С., Чепрасов М.Ю., Гладышева-Азгари М.В., Слободова Н.В., Цыганкова С.В., Расторгуев С.М., Григорьева Л.В., Копп M.E., Фернандес Д.М.О., Боескоров Г.Г., Протопопов А.В., Тихонов А.Н., Недолужко А.В. MITOCHONDRIAL GENOME OF BROWN BEAR FOSSILS FROM THE BOLSHOY LYAKHOVSKY ISLAND (RUSSIA, REPUBLIC OF YAKUTIA) AND ITS PHYLOGENETIC IMPLICATIONS Владивостокский государственный университет экономики и сервиса. Владивосток, с.18 (год публикации - 2022)


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
За отчётный период 2023 года участниками проекта и их коллегами было проведено дополнительное датирование бурого медведя (Ursus arctos) в Центре коллективного пользования УМC НГУ-ННЦ (AMS Golden Valley) в г. Новосибирск (Россия). Оно позволило подтвердить принадлежность туши изучаемого зверя к среднему голоцену. По результатам ветеринарного, гистологического и палеогенетического анализа в остатках голоценового бурого в медведя не были выявлены патогенные микроорганизмы и вирусы. Участниками проекта была проведена компьютерная томография и детальное сравнительное описание морфологических характеристик ископаемого U. arctos. Особенности и пропорции его тела характерны для бурого медведя: голова большая и тяжелая с широким и относительно высоким лбом, умеренно вытянутая; конец носа крупный, черного цвета; губы большие, способные к вытягиванию. Холка высокая, передние конечности относительно длинные, мощные. Задняя часть тела (круп и бедра) массивнее передней. Подошвы кистей и стоп лишены волос. По наружным половым органам определено, что медведь был самкой. Некрупные размеры Этериканского медведя, схожие с таковыми современного U. arctos Якутии, могут свидетельствовать о том, что своеобразная экоморфа якутского медведя, обитающая в суровых условиях со скудным низкокалорийным рационом, сформировалась к середине голоцена. Кроме того, был проведён полногеномный анализ изучаемого голоценового бурого медведя. Показано, что мышечная ткань из вечной мерзлоты является хорошим источником эндогенной ДНК (32.8 – 46%), это в итоге позволило реконструировать геном голоценового бурого медведя с 8.4-кратным покрытием. Используя анализ D-статистики последовательностей генома с уменьшенной ошибкой, не был обнаружен значительный поток ядерных генов от пещерных и белых медведей в геном голоценового и современных бурых медведей, что согласуется с ранее представленными работами. Предполагается, что причиной гибели медведя стало механическое повреждение позвоночного столба, а также закрытая торакальная травма. В результате повреждения позвоночника произошло его отделение на уровне первого и второго поясничного позвонков, что, по-видимому, привело к разрыву спинного мозга и параличу нижнего отдела тела.

 

Публикации

1. Чепрасов М.Ю., Боескоров Г.Г., Новгородов Г.П., Тихонов А.Н., Григорьева Л.В., Булыгина Е.С., Слободова Н.В., Шарко Ф.С., Протопопов А.В., Недолужко А.В. Mid-holocene Brown Bear (Ursus arctos) from the Bolshoy Lyakhovsky Island (New Siberian Islands) Doklady Biological Sciences, т. 512 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1134/S0012496623700692

2. Булыгина Е.С., Шарко Ф.С., Слободова Н.В., Цыганкова С.В., Чепрасов М.Ю., Григорьева Л.В., Новгородов Г.П., Протопопов А.В., Тихонов А.Н., Расторгуев С.М., Боескоров Г.Г., Недолужко А.В Анализ генома голоценового бурого медведя (Ursus arctos: Ursidae) в контексте потенциальной межвидовой гибридизации в семействе Медвежьи ЗИН РАН, с.14 (год публикации - 2023)

3. - В Якутске провели вскрытие туши древнего медведя ТАСС, - (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
Исследование носило фундаментальный характер. Его результаты могут быть использованы и используются в образовательной сфере при составлении курсов по классической зоологии и палеогеномике.