Verdens eldste isbjørnfossil og hva det har lært oss

Transkript

1 Verdens eldste isbjørnfossil og hva det har lært oss Øystein Wiig, Jon Aars, Lutz Bachmann og Ólafur Ingólfsson Fossiler fra isbjørn er sjelden vare, ofte dør isbjørnene på isen og restene forsvinner i havet. For mer enn år siden vandret en isbjørn rundt vest på Svalbard. Selv om den døde på isen har landheving brakt dens levninger opp på land. Et kjevebein fra denne bjørnen er det eldste fossil fra isbjørn vi kjenner til, og her forteller vi litt om hva dette funnet har gitt oss av ny innsikt. I juli 2004 ble det gjennomført en ekskursjon til Poolepynten på Prins Karls Forland på vestkysten av Spitsbergen, Svalbard, i forbindelse med et geologikurs for studenter ved Universitetssenteret på Svalbard (UNIS) under ledelse av professor Ólafur Ingólfsson. Under utgraving i strandkantene fant de en underkjeve, som senere ble bestemt til å være fra en isbjørn (se side 51). Underkjeven ble funnet mellom lag av avsatte sedimenter (sand, grus, stein med mer) som geologer har gode metoder for å finne ut når ble dannet. Dette skjedde i en periode med høyt havnivå etter en periode med nedsmelting av breer i området, trolig under en periode med tilgang på varmere Nordatlantisk vann. Forholdene var slik for ca år siden og frem til for ca år siden. Det beste anslag på alderen til isbjørnkjeven er derfor fra år, mest trolig nær år. Underkjeven er derved det eldste isbjørnfossil man kjenner til! Hvordan kan man si at kjeven er fra en isbjørn og ikke en brunbjørn, gitt at de to artene er veldig like? Både tannstruktur og form på kjeven er gode kjennetegn på de to artene. Kjeven var lik en moderne isbjørnkjeve, og skilte seg fra kjeven til brunbjørn. For å finne ut hva slags kjønn isbjørnen hadde, tok vi flere mål av kjeven og sammenliknet de med mål tatt på to ca år gamle isbjørnkjever funnet henholdsvis i Asdal, Danmark, og på Finnøy, Rogaland. Den førstnevnte er antatt å være fra en hann og den andre er sikkert fra en hann fordi det ble funnet et penisben sammen med skjelettet kjeven stammer fra. I tillegg målte vi opp kjever fra 25 hunner og 30 hanner fanget på Svalbard i som finnes i de vitenskapelige samlingene ved Naturhistorisk museum, Oslo. Vi sammenliknet så målene på den gamle isbjørnkjeven med målene til kjevene av hunner og hanner fra Svalbard. Basert på alle disse sammenlikningene konkluderte vi med at kjeven fra Poolepynten ser ut til å stamme fra en hann. Skjematisk fylogenetisk tre for isbjørn, brunbjørn og amerikansk svartbjørn (etter Miller m.fl. 2012). Amerikansk svartbjørn og isbjørn/brunbjørn-linjene skilte i følge dette arbeidet lag ca. 4 5 million år før nåtid, og litt senere skilte også linjene for isbjørn og brunbjørn lag. Ottar (5):

2 For å finne ut mer om leveviset til den aktuelle isbjørnen analyserte vi innholdet av to ulike grunnstoff, karbon og nitrogen, som begge eksisterer i to ulike varianter (kalt ulike isotoper). Forholdet mellom isotopene kan vise om et dyr er en del av et marint eller landlevende samfunn. Vi vet at moderne isbjørn hovedsakelig lever av sel og analyser av isotoper i vevsprøver fra moderne isbjørn gjenspeiler at de lever av dyr tilknyttet havet. Forholdene mellom isotopene fra både karbon og nitrogen var veldig lik de vi finner hos moderne isbjørn. De var også veldig forskjellig fra de verdier vi finner hos brunbjørn. Vi kunne derfor konkludere med at isbjørnen var en del av det marine samfunn også den gang for nesten år siden. Bjørner danner en relativt ung familie innen gruppen rovdyr. Man antar at de utviklet seg for millioner år siden. I dag er bjørnefamilien først og fremst utbredt i Nord-Amerika og Eurasia. Foruten isbjørn finner vi her brunbjørn, amerikansk svartbjørn, asiatisk svartbjørn, malayabjørn, leppebjørn og panda. I Sør-Amerika lever brillebjørnen. Brunbjørnen er den mest utbredte av disse artene, og er også isbjørnens nærmeste slektning. Det eldste kjente fossil av brunbjørn er funnet i Kina, og er datert til å være ca år gammelt. En lang rekke fossiler fra da av og fram til i dag er funnet i Asia. Brunbjørn utviklet seg sannsynligvis fra forfedrene til hulebjørnen. Dette var en stor plantespisende bjørn som levde i Europa, men som døde ut under siste istid for ca år siden. Brunbjørnfossiler fra Europa er datert tilbake til ca år. Brunbjørnen koloniserte Nord-Amerika mye tidligere, anslagsvis allerede for mer enn år siden. Likevel tyder genetiske analyser på Lokaliteten for isbjørnkjeven på Svalbard. at Nord-Amerika ble kolonisert flere ganger av brunbjørn. Som sagt er isbjørnen en ung art. Den utviklet seg kanskje fra brunbjørn et sted i Sibir. Isbjørnen utviklet seg hurtig til forholdene på den arktiske drivis, som jo var ganske ulike forholdene brunbjørnen levde under på land. Mangelen på omfattende fossile funn har gjort det vanskelig å forstå den evolusjonære historien til isbjørnen. Nylig er det benyttet genetikkanalyser for å avsløre isbjørnens historie samt dens relasjon til andre bjørnearter. De første studiene benyttet DNA som arves fra mødre, og ikke fra fedre (mitokondrielt DNA). Ikke bare påviste disse studiene det nære slektskapet mellom de to artene. De påviste også stor genetisk variasjon hos brunbjørn mellom ulike områder. En gruppe brunbjørn som skilte seg klart fra andre brunbjørn er blitt kalt ABC-bjørnene. De har fått sitt navn på grunn av sin utbredelse på øyene Admiralty, Baranof og Chichagof (ABC), som er en del av Alexander Archipelago i de sydøstlige deler av Alaska. Brunbjørnene her er isolerte fra brunbjørnene på fastlandet langs kysten av Alaska og Canada. Det som er enda mer interessant er at ABC-brunbjørnens mitokondrielle DNA er mye mer likt det hos isbjørn enn det hos brunbjørn fra andre områder. Isbjørnen fra Poolepynten var faktisk omtrent like ulik både ABCbrunbjørnene av i dag og isbjørnene som lever i dag. Men av utseende og levemåte var den lik en isbjørn. Kjevens 50

3 mitokondrielle DNA ble brukt for å beregne at isbjørn og ABC-brunbjørn skilte lag for om lag år siden. Det indikerte derfor at isbjørnen er en meget ung art. Disse konklusjonene hadde imidlertid en viktig begrensning, de var basert på analyser av det DNA-et som bare arves gjennom mødre. Endringer i hele genomer, det vil si et annet type DNA, som arves fra både mødre og fedre, kan fortelle en mye mer komplett historie om en arts utvikling. Dette er spesielt tilfellet om to arter lever side om side i en lang periode hvor de krysser seg med hverandre. Fra 2012 ble det gjort flere ulike studier som benyttet mer komplette data fra DNA som arves fra både fedre og mødre. Disse studiene indikerte svære ulik alder på isbjørnen som art, som år, år, og opp til 4 5 millioner år. Hvordan kan man ende opp med så ulike estimater av isbjørnens alder som art? Trolig skjedde det en vellykket paring mellom en isbjørnbinne og en ABC-brunbjørnhann for ca år Isbjørnkjeven sett fra siden (a) og ovenfra (b). Foto: Ólafur Ingólfsson. 51

4 Her ble isbjørnkjeven funnet. Foto: Ólafur Ingólfsson. 52

5 siden, som førte til at det DNA-et som arves fra mødre ble videreført og senere fiksert i ABC brunbjørnbestanden. Likevel har det trolig vært isbjørn lenge før dét, og arven etter disse kan finnes i DNA-et som arves fra begge foreldrene, mens det DNA-et som arves bare fra mødre ikke lenger kan spores i dagens isbjørn fra perioden mye lengre tilbake enn den gang isbjørnen som endte sine dager vest på Svalbard for ca år siden vandret rundt. Store klimatiske svingninger under isbjørnen sin historiske levetid har ført til overlappende utbredelsesområder for brunbjørn og isbjørn. Dette har gitt mulighet for krysninger mellom artene mye oftere enn man tidligere har trodd. Et genetisk mønster indikerer paring mellom de to artene i perioder når klimaet tilsa overlappende leveområder. Slike gjentatte hendelser gjør det komplisert å rekonstruere den evolusjonære historien til isbjørnen. Har hybridisering mellom isbjørn og brunbjørn bare skjedd i tidligere tider? Det er godt kjent at brunbjørn og isbjørn produserer levedyktig avkom i fangenskap. De siste år har krysninger blitt dokumentert i flere tilfeller i det nordlige Canada. Den evolusjonære historien til de to artene indikerer at det i fremtiden er sannsynlig med en økende forekomst av slike hendelser, fordi klimaendringer igjen fører til større overlapp i utbredelsen til de to artene. Vi kan helt sikkert forvente oss at historien om isbjørnens fortid vil skrives om i framtida, og at vi etter hvert danner oss et enda bedre bilde av hvordan isbjørn har utviklet seg, basert på nye studier fra flere isbjørn og brunbjørn, og mer og mer sofistikerte metoder. Det er sannsynlig at kjeven fra isbjørnen vest på Svalbard alltid vil være en viktig brikke i disse puslespillene, gitt dens unike posisjon som verdens eldste isbjørnfossil. Litteratur: Ingólfsson, Ó. & Wiig, Ø. 2009: Late Pleistocene fossil find in Svalbard: the oldest remains of a polar bear (Ursus maritimus Phipps, 1744) ever discovered. Polar Research 28, Lindqvist, C., Schuster, S.C., Sun, Y. Talbot, S.L., Qi, J., Ratan, A., Tomsho, L.P. McClellan, L., Zhang, Y., Zeyl, E., Ehrich, D., Aars, J., Miller, W., Ingólfsson, Ó., Bachmann, L. & Wiig, Ø Complete mitochondrial genome of a Pleistocene jawbone unveils the origin of polar bear. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107, Miller, W., Schuster, S.C., Welch, A.J., Ratan, A., Bedoya-Reina, O.C., Zhao, F., Kim, H.L., Burhans, R.C., Drautz, D.I., Wittekindt, N.E., Tomsho, L.P., Ibarra-Laclette, E., Herrera-Estrella, L., Peacock, E., Farley, S., Sage, G.K., Rode, K., Obbard, M., Montiel, R., Bachmann, L., Ingólfsson, O., Aars, J., Mailund, T., Wiig, Ø., Talbot, S.L., Lindqvist, C Polar and brown bear genomes reveal ancient admixture and demographic footprints of past climate change. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 109, E2382 E2390. Lutz Bachmann har en doktorgrad i genetikk fra Universitetet i Tübingen, Tyskland, i Han er professor i molekylær systematikk ved Naturhistorisk museum, Universitetet i Oslo. Der er han også leder for Krepsdyrsamlingen. E-post: lutz.bachmann@nhm.uio.no Ólafur Ingólfsson har doktorgrad i kvartærgeologi ved Lunds Universitet, Sverige, fra Han var seniorforsker og dosent ved Lunds universitet og senere Gøteborgs universitet, Fra var han professor ved UNIS, Universitetssenteret på Svalbard, og professor i geologi ved Islands universitet fra Han er virksom som professor i geologi ved UNIS. E-post: oi@hi.is Jon Aars se side 8. Øystein Wiig se side