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El período de apareamiento (único en que los osos de ambos sexos se reúnen y tratan de forma amistosa) es entre abril y mayo, pero los óvulos no se fertilizan y comienzan a desarrollar hasta septiembre aproximadamente, en lo que se conoce como implantación diferida. Durante este tiempo, la hembra trata de almacenar la mayor cantidad de grasa posible.

Solo las hembras preñadas buscan refugio durante el invierno (aunque no hibernan), dando a luz una o dos crías durante el invierno en un refugio excavado en el hielo. El resto de los individuos siguen siendo activos a pesar de la oscuridad y frío extremo que reinan en el ambiente y vagabundean a la búsqueda de comida sobre la plataforma helada. Las madres no comen nada durante este periodo, sino que viven de la grasa que han acumulado en su cuerpo durante el invierno, mientras que los cachorros se alimentan de la leche materna. Esto ocasiona en las madres una fuerte pérdida de peso, que deben recuperar durante el verano.

Las crías nacen en octubre, tras una gestación sorprendentemente corta. Al nacer pesan unos 700 g, no tienen ningún diente, son ciegas, y totalmente desvalidas. En el curso de cinco meses crecen rápidamente, de tal manera que al inicio del verano pueden seguir perfectamente a la madre. Pasan otros cinco meses junto a ella, aprendiendo a localizar comida y a resguardarse de los machos adultos, que en ocasiones matan y comen oseznos. Algunos llegan a convivir con su madre hasta los dos o tres años y medio de edad. Maduran sexualmente entre los tres y los cuatro años, y pueden vivir un máximo de treinta.

No es raro para las hembras realizar apareamiento con más de un macho. Las pruebas de ADN han demostrado que una camada de cachorros puede ser del mismo padre o de varios. En general, el proceso de apareamiento con cada macho tendrá una duración de una semana completa que ayuda a asegurar que la concepción ha ocurrido.

En la última década ha habido pruebas de que el oso polar en ocasiones se cruza con el oso pardo exitosamente. Esto ha sido confirmado por las características físicas de algunos descendientes, así como las pruebas de ADN. Se cree que esto ocurre de forma limitada.

Las crías nacerán en cualquier momento entre noviembre y febrero. Sólo pesan cerca de 2 kilos al nacer y son completamente dependientes de su madre para sobrevivir. Generalmente, nacen dos cachorros. La madre vivirá de sus reservas de grasa mientras se mantiene en la guarida cuidando a los cachorros. Debido a que la leche contendrá una gran cantidad de grasa, los cachorros tendrán un peso cercano a 35 libras cuando salgan de la madriguera.

Las hembras son muy cariñosas mientras alimentan a sus crías. Estas permanecerán bajo el cuidado de sus madres hasta que tienen alrededor de 2 ½ años de edad. Aproximadamente el 60% de los cachorros mueren antes de cumplir un año de edad. Esto se debe a los problemas ambientales, lobos, osos e incluso los osos polares machos que los ven como una amenaza.

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