Articles

Genetic analysis of cave bear specimens from Niedźwiedzia Cave, Sudetes, Poland

Mateusz Bacam, Anna Stankovic, Krzysztof Stefaniak, Adrian Marciszak, Michael Hofreiter, Adam Nadachowski, Piotr Węgleński, and Paweł Mackiewicz

Plain Language Abstract

We have performed genetic and biometrical analyses of cave bear specimens from Niedźwiedzia Cave in Kletno, Sudetes, Poland. Fragment of mitochondrial D-loop sequence were obtained from two specimens radiocarbon dated to 41,500 ± 1100 yr BP and >49,000 yr BP. Phylogenetic analyses including numerous cave bear sequences from Eurasia showed their close relationship with Ursus ingressus group especially with samples from Ural Mountains and Slovenia. Biometrical analyses of molar teeth and skulls also indicated that Niedźwiedzia cave were inhabited by U. ingressus. Our results represent the first record of U. ingressus north to the Carpathian Arch and some of the oldest specimens of this cave bear taxon known so far. Close relationship with Ural and Slovenian cave bears and internal placement of Ural samples among European specimens in phylogenetic trees may suggest that eastward expansion of U. ingressus may have started from Central Europe.

Resumen en Español

Análisis genético de los ejemplares de oso de las cavernas de la cueva Niedźwiedzia, Sudetes, Polonia

La gran mayoría de los restos fósiles de los depósitos del Pleistoceno superior de la cueva Niedźwiedzia de Kletno (Sudetes, Polonia) pertenece al oso de las cavernas. Los análisis filogenéticos llevados a cabo sobre un fragmento de la región del lazo D mitocondrial extraído de dos muestras del oso de las cavernas muestra claramente su cercana relación con el haplogrupo de Ursus ingressus. Esta filiación taxonómica de los restos de oso de las cavernas de la cueva Niedźwiedzia ha sido confirmada además mediante análisis biométricos de molares y cráneos. Los resultados obtenidos representan el primer registro de U. ingressus al norte del arco carpático, al tiempo que la datación mediante radiocarbono de las muestras (> 49000 años) indica que se trata de unos de los ejemplares más antiguos de esta especie de oso de las cavernas conocidos hasta ahora. Los análisis filogenéticos multimétodo, que incluyen numerosas secuencias del oso de las cavernas disponibles públicamente, permiten examinar en detalle las relaciones entre estas muestras, incluyendo el significado de los distintos clados, y discutir algunos aspectos de la filogeografía de los osos de las cavernas. Las secuencias de U. ingressus de Polonia muestran sus mayores afinidades con las de los ejemplares de los Urales y son también próximas a los de Eslovenia, lo que podría indicar la existencia de migraciones entre poblaciones del centro y el este de Europa. La localización de las muestras de los Urales entre los ejemplares europeos en los árboles filogenéticos y la mayor edad de las muestras polacas que de las de los Urales sugiere que la expansión hacia el este de U. ingressus pudo haberse originado en Europa central.

Palabras clave: ADN antiguo; oso de las cavernas; filogenia; Ursus ingressus; Ursus spelaeus

Traducción: Miguel Company

Résumé en Français

Analyse génétique de spécimens d'ours des cavernes de la grotte de Niedźwiedzia, Sudètes, Pologne

La grande majorité des restes fossiles des dépôts de Pléistocène supérieur de la grotte de Niedźwiedzia à Kletno dans les Sudètes en Pologne appartient à l'ours des cavernes. Les analyses phylogénétiques fondées sur un fragment de la région mitonchondriale D-loop extrait de deux échantillons d'ours des cavernes ont montré sans ambiguité leurs relations proches avec l'haplogroupe Ursus ingressus. Cette affiliation taxonomique des restes d'ours des cavernes de la grotte de Niedźwiedzia a également été confirmée par les analyses biométriques des molaires et des crânes. Nos résultats repésentent le premier enregistrement d'U. ingressus au Nord des Carpathes, tandis qu'une datation radiocarbone (> 49,000 yr BP) des échantillons indique qu'ils représentent certains des plus anciens spécimens de ce taxon d'ours des cavernes connus jusqu'à présent. Les analyses phylogénétiques multi-méthodes incluant de nombreuses séquences publiques d'ours des cavernes ont permis d'analyser les relations entre les échantillons en détail et ont permis de tester la significativité de certains clades ainsi que de discuter certains aspects de la phylogéographie de l'ours des cavernes. Les séquences d'U. ingressus de Pologne sont les plus proches de spécimens de l'Oural puis de Slovénie, ce qui peut mettre en évidence des migrations entre les populations du centre et de l'Est de l'Europe. Le placement interne des spécimens de l'Oural sur les arbres phylogénétiques ainsi que l'âge plus ancien des échantillons polonais par rapport à ceux de l'Oural suggèrent que l'expansion vers l'Est d'U. ingressus ait pu commencer à partir de l'Europe centrale.

Mots-clefs:ADN ancien, ours des cavernes, phylogénie, Ursus ingressus, Ursus spelaeu

Translator: Loïc Costeur

Deutsche Zusammenfassung

Genetische Untersuchungen an Höhlenbären aus der Niedźwiedzia Höhle, Sudeten, Polen

Höhlenbären stellen den Großteil der Fossilien aus den spätpleistozänen Ablagerungen der Niedźwiedzia Höhle von Kletno (Sudeten/Polen) dar. Phylogenetische Analysen, die auf einem Fragment der mitochondrischen D-loop Region basieren und die zwei Proben mit Höhlenbär-Material entnommen worden waren, zeigten eindeutig eine nahe Verwandtschaft mit der Ursus ingressus Haploguppe. Diese taxonomische Zuordnung der Höhlenbären aus der Niedźwiedzia Höhle wurde zudem durch biometrische Analysen von Molaren und Schädeln bestätigt. Unsere Ergebnisse stellen den ersten Nachweis von U. ingressus nördlich des Karpatischen Bogens dar, während eine C-14 Datierung (> 49,000 vor heute) der Proben darauf hin deuten, dass es sich um die bislang ältesten Stücke dieses Höhlenbär-Taxons handelt. Mehrfache phylogenetische Analysen mit mehreren öffentlich verfügbaren Höhlenbär-Sequenzen erlaubten eine detaillierte Untersuchung der Verwandtschaftsbeziehungen dieser Proben. Diese Untersuchungen beinhalteten auch die Signifikanz von bestimmten Kladen und einige Aspekte der Höhlenbar-Phylogeographie. Die Sequenzen von U. ingressus aus Polen sind am nächsten verwandt mit Stücken aus dem Ural Gebirge und Slowenien, was möglicherweise auf eine Migration zwischen zentral – und osteuropäischen Populationen hinweist. Die innere Platzierung von Proben aus dem Ural innerhalb der Europäischen Stücke in phylogenetischen Stammbäumen und die polnischen Proben, die älter sind als die aus dem Ural, weisen darauf hin, dass die östliche Ausbreitung von U. ingressus möglicherweise von Zentraleuropa ausging.

SCHLÜSSELWÖRTER: alte DNA; Höhlenbär; Phylogenie; Ursus ingressus; Ursus spelaeus

Translators: Eva Gebauer

Arabic

301 arab

Translator: Ashraf M.T. Elewa

Polski Abstrakt

Analiza genetyczna okazów niedźwiedzia jaskiniowego z Jaskini Niedźwiedziej, Sudety, Polska

Przeważająca część szczątków kopalnych w późnoplejstoceńskich osadach Jaskini Niedźwiedziej w Kletnie, Polska, należy do niedźwiedzia jaskiniowego. Analiza filogenetyczna w oparciu o fragment mitochondrialnego regionu pętli D wyizolowany z dwóch próbek niedźwiedzia jaskiniowego bezsprzecznie wskazała na bliskie pokrewieństwo z haplotypem Ursus ingressus. To taksonomiczne powinowactwo niedźwiedzia jaskiniowego z Jaskini Niedźwiedziej zostało następnie potwierdzone przez analizę biometryczną trzonowców i czasek. Nasz rezultat stanowi pierwsze wystąpienie U. ingressus na północ od łuku Karpat, podczas gdy datowanie radiowęglowe (> 49.000 lat temu) próbek wskazuje, że reprezentują one jeden z najstarszych z dotychczas znanych okazów tego taksonu niedźwiedzia jaskiniowego. Analiza filogenetyczna oparta o wiele metod, wykorzystująca również liczne dostępne publicznie sekwencje niedźwiedzi jaskiniowych, umożliwiła szczegółową analizę pokrewieństw pomiędzy próbkami, w tym istotność konkretnych kladów, oraz dyskusję pewnych aspektów filogeografii niedźwiedzia jaskiniowego. Sekwencje U. ingressus z Polski są najbliższe okazom z Uralu oraz Słowenii, co może wskazywać na migrację między populacjami z centralnej i wschodniej Europy. Centralna pozycja próbek uralskich wśród okazów europejskich na drzewach filogenetycznych i starszy od uralskich wiek polskich próbek, sugeruje że ekspansja na wschód U. ingressus mogła się rozpocząć w Europie Centralnej.

Słowa kluczowe: pradawne DNA; niedźwiedź jaskiniowy; filogeneza; Ursus ingressus; Ursus spelaeus

Translators: Dawid Mazurek, Robert Bronowicz, and Daniel Madzia