Genomische Untersuchung verdeutlicht die Vielfalt der Braunbären über das gesamte Artenspektrum

Braunbären gehören zu den größten landbewohnenden Fleischfressern der Welt. Sie zeichnen sich durch einen muskulösen Buckel über ihren Schultern aus, der ihren Vorderbeinen zusätzliche Kraft verleiht. Alle etwa zehn derzeit identifizierten Braunbären-Unterarten sind in Nordamerika, Europa, Russland und Asien verbreitet.

Sie zeigen eine große Vielfalt in Form, Lebensraum und Verhalten. In einer genomischen Studie, die in der Kommunikationsbiologieuntersuchte ein internationales Forscherteam, darunter vier Wissenschaftler aus Frankfurt am Main, die genetische Vielfalt von Braunbären und wie und wann diese Variation entstanden ist. Sie stellen damit die erste umfassende populationsgenomische Studie des Braunbären (Ursus arctos) vor und zeigen am Beispiel die Auswirkungen der letzten Eiszeit auf die heutige Artenvielfalt.

Der nordamerikanische Grizzly ist wohl die bekannteste Unterart – aber auch Braunbären sind auf dem eurasischen Kontinent beheimatet, wo sie bevorzugt in (montanen) Kaltwäldern leben. Ihr Bestand wird weltweit auf rund 200.000 Tiere geschätzt, von denen mehr als die Hälfte in Russland heimisch sein soll.

Braunbären waren im Mittelalter auf dem gesamten europäischen Festland verbreitet; heute leben hier knapp 17.000 Tiere. Lebensraumzerstörung, Wilderei und mangelnde Akzeptanz trugen zu dieser Dezimierung bei. Während sie in Deutschland – abgesehen von einzelnen Einwanderern wie „Bruno“ im Jahr 2006 – als ausgestorben gelten, werden sie von der International Union for Conservation of Nature and Natural Resources (IUCN) nicht als weltweit gefährdet eingestuft.

Für den Vergleich der Braunbären-Unterart untersuchten die Wissenschaftler die Genome von 128 Braunbären aus dem gesamten Verbreitungsgebiet. 95 dieser Genome wurden speziell für diese Studie entschlüsselt. Ziel war es, mit neuen genomischen Analysemethoden bisherige Erkenntnisse auf Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den verschiedenen Populationen zu überprüfen und offene Fragen zu beantworten. Dazu gehört auch, welche historischen Faktoren zu der heutigen Verbreitung und den jeweiligen genomischen Merkmalen geführt haben.

„Um einen umfassenden Überblick über die Populationsstruktur und genetische Vielfalt von Braunbären zu erhalten, haben wir verschiedene Regionen des Erbguts mit unterschiedlichen Vererbungsmerkmalen untersucht und verglichen, darunter X- oder Y-Chromosomen von weiblichen und männlichen Individuen. Das gibt uns neue, differenziertere Einblicke im Vergleich zur Analyse des gesamten Genoms als einzelne Entität. Wir haben festgestellt, dass die Populationsstruktur, die sich aus unseren genetischen Daten ergibt, weitgehend mit der aktuellen Klassifizierung von Unterarten übereinstimmt – aber es gibt feine Unterschiede“, erklärt Dr. Menno de Jong, Erstautor von der Forscher und Wissenschaftler am Senckenberg Biodiversitäts- und Klimaforschungszentrum.

Beispielsweise gelten Braunbären in ganz Europa und Westrussland, einschließlich Bären im Uralgebirge und sogar in Westsibirien, derzeit als eine Unterart, die als Eurasischer Braunbär (Ursus arctos arctos) bekannt ist. Genetische Analysen unterstützen diese Unterteilung und bestätigen, dass trotz der großen geografischen Reichweite alle Bären in diesen Regionen tatsächlich demselben genetischen Cluster angehören.

Bei den nordamerikanischen Braunbären stießen die Forscher allerdings auf eine Besonderheit, die nicht der aktuellen Einteilung entspricht. Abgesehen vom riesigen Kodiakbären (Ursus arctos middendorffi), der auf Kodiak Island vor der Küste von Südwestalaska beheimatet ist, gelten alle anderen Bären in Nordamerika derzeit als eine einzige Unterart, der Grizzlybär (Ursus arctos horribilis).

Der im Südwesten Alaskas beheimatete Braunbär der Alaska-Halbinsel (einst als eigenständige Unterart angesehen, Ursus arctos gyas) unterscheidet sich laut den neuen Analysen jedoch deutlich vom Grizzly und ähnelt dem Kodiak-Bären tatsächlich mehr. „Eine mögliche Interpretation ist, dass die Braunbären-Unterart der Alaska-Halbinsel wiederbelebt werden muss. Eine andere Interpretation ist, dass die Braunbären der Alaska-Halbinsel und die Kodiak-Bären eine Festland- und eine Inselpopulation derselben Unterart darstellen“, sagt De Jong.

Die Forscher konnten auch feststellen, dass diese Bären der Alaska-Halbinsel aufgrund der geografischen Bedingungen während der letzten Eiszeit denselben gemeinsamen Vorfahren wie der Kamtschatka-Bär (Ursus arctos beringianus) haben. Die fernöstliche russische Halbinsel Kamtschatka und Alaska waren bis vor etwa 11.000 Jahren durch die beringische Landbrücke verbunden, als der globale Meeresspiegel viel niedriger war als heute.

Gleichzeitig wurde Alaska durch riesige Eisschilde, die das gesamte heutige Kanada bedeckten, vom amerikanischen Kontinent getrennt. Mit dem Anstieg der globalen Temperaturen und der Trennung durch die Beringstraße veränderten sich die Möglichkeiten zur Vermischung oder Isolierung von Arten erneut.

„Es ist erstaunlich, dass wir diese uralten Migrationen aus Genomdaten ablesen können, um zu verstehen, wie sich die letzte Eiszeit auf Arten ausgewirkt hat. Bisherige Methoden und Interpretationen müssen aufgrund der neuen Erkenntnisse überdacht werden“, erklärt Studienleiter Axel Janke, Professor für Vergleichende Genomik an Senckenberg und an der Frankfurter Goethe-Universität sowie am Hessischen LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik (LOEWE TBG).

„Genomische Analysen lebender Organismen, wie wir sie am LOEWE-TBG durchführen, geben unglaublich detaillierte, neue Einblicke in die Biodiversität unseres Planeten und seine Evolutionsgeschichte. Die Genomik steckt noch in den Kinderschuhen, zeigt sich aber bereits als Zukunft.“ Technologie, um das Leben vollständig zu verstehen“, fährt Janke fort. Der Studienansatz zur Entschlüsselung der demografischen Geschichte von Braunbären könnte als Blaupause für die Untersuchung der Auswirkungen historischer Ereignisse auf viele andere Arten dienen.