为什么不是所有的黑熊都是黑色的

有时名字只是一个名字。以熊为例。在黄石国家公园，黑熊的数量超过了它们棕色的灰熊表亲，而在太平洋西北部的沿海地区，如果有人说“棕熊”，他们指的就是灰熊。但并不是所有的棕熊都是灰熊。

美洲黑熊(Ursusamericanus)，人们在逻辑上会认为它是黑色的，但实际上有多种颜色，包括棕色(也称为肉桂色)、金色或蓝灰色。其他人的外套是多种颜色的混合物。那么，您如何区分肉桂色的美洲熊和它的棕色(灰熊)熊属arctos表亲?身体形状和大小的差异可能很细微。关于美洲熊的肉桂色的一个假设是它模仿灰熊的外观，有助于伪装或防御。

现在，HudsonAlpha、孟菲斯大学和宾夕法尼亚大学的研究人员发现了导致肉桂色的原因，这为这种颜色混淆提供了一些线索。这项工作发表在《当代生物学》杂志上。

负责肉桂变形黑熊的基因变异

EmilyPuckett博士是孟菲斯大学生物科学助理教授，她的职业生涯致力于更多地了解熊的进化和遗传学。在州、省和联邦野生动物机构​​合作伙伴的帮助下，她从北美熊身上收集了数百份DNA和毛发样本。她与HudsonAlpha的研究员、医学博士GregBarsh和动物色素沉着专家GregBarsh合作，找出黑熊并不总是黑色的原因。

在哺乳动物中，色素是由称为黑素细胞的皮肤细胞产生的。黑色素有两种类型：真黑素是黑色或棕色，褐黑素是红色或黄色。人们普遍认为，黑色素生物合成的遗传变异会导致头发、眼睛和肤色的差异。通过研究熊的照片并对它们相应的毛发样本进行化学分析，该团队确定肉桂色黑熊的真黑色素含量减少，就像灰熊一样。

近200只熊的基因组序列分析揭示了酪氨酸酶相关蛋白1(TYRP1)基因的不同错义突变：肉桂色黑熊有一个称为TYRP1R153C的突变，而大多数(但不是全部)灰熊有一个称为TYRP1R114C的突变。TYRP1基因在黑色素细胞内产生一种有助于产生真黑色素的酶，因此肉桂熊和灰熊的真黑色素较少是有道理的。此外，宾夕法尼亚大学病理学教授MickeyMarks博士及其实验室进行的功能研究确定，TYRP1R153C和TYRP1R114C突变会干扰黑色素的合成和分布。

“当我们观察其他物种时，我们惊讶地发现负责肉桂U.americanus的TYRP1R153C变体与之前描述为人类眼皮肤白化病(OCA3)的原因相同，”Barsh说。OCA3的特征是皮肤和头发呈红色，并且经常出现视觉异常，在非洲或波多黎各血统的人群中最为常见。但根据Puckett的说法，携带TYRP1突变的熊拥有正常的皮肤，视力也很好。

肉桂变体是何时何地出现的?

TYRP1R153C变体主要在美国西南部发现，频率较低，向北移动到阿拉斯加东南部和育空地区。TYRP1R153C与黑熊的肉桂色以及巧克力色和浅棕色有关，这意味着它几乎解释了美洲熊的所有颜色多样性。

研究人员使用他们的数据来了解更多关于TYRP1R153C突变的信息。一种假设是它可能始于灰熊，然后转移到黑熊身上，但人口统计分析表明情况并非如此。相反，TYRP1R153C突变大约在9,360年前在生活在美国西部的黑熊中自发出现，然后随着黑熊在其当前地理范围内的移动而传播。

“基于今天的广泛范围，9000多年前在黑熊中出现的TYRP1R153C突变可能给肉桂熊带来了优势，”Puckett说。“我们使用遗传建模和模拟来预测作用于肉桂变体的选择力。但我们的预测排除了灰熊拟态假说以及另一个与体温调节有关的假说。”

至于为什么毛色变异首先出现，该团队提出了一个新的假设：crypsis。Crypsis是指动物隐藏自己并融入环境的能力。通常，在猎物物种和伏击在其环境中颜色匹配的捕食者中发现隐匿性。在这里，研究人员建议crypsis作为大型物种的更广泛的适应机制。

“这些结果说明了黑色素生物合成中的遗传变异如何成为标志性表型的基础，并让我们了解大型食肉动物的颜色变异和近期进化，”Barsh说。