Granens arvsmassa – version (nästan) 1.0

Barrträdens gigantiska arvsmassor har länge ansetts vara för stora för att kunna avläsas och analyseras i sin helhet, men på senare år har flera parallella forskningsprojekt tagit sig an utmaningen. De största är det svenska granprojektet som främst fokuserar på svensk gran (Picea abies), ett kanadensiskt projekt som fokuserar på vitgran (Picea glauca) och ett amerikanskt projekt som främst satsar på loblollytall (Pinus taeda). Stora delar av vitgranens arvsmassa har faktiskt varit offentligt tillgängliga ett bra tag nu, men tyvärr bara i ett hopplöst opraktiskt format som man måste vara dataprogrammerare (med rejält med tillgängliga datorresurser) för att kunna utnyttja. Produktionen av den genomsekvensen publicerades officiellt den 22 maj i Bioinformatics.

Betydligt mer uppmärksamhet har publikationen av den svenska granens arvsmassa fått. Den publicerades samma dag i Nature. Svenskarnas artikel är bättre i den bemärkelsen att den innehåller en del jämförande analyser av arvsmassan. Förutom granens arvmassa har de även sekvenserat svensk tall (Pinus sylvestris), sibirisk ädelgran (Abies sibirica), en (Juniper communis), idegran (Taxus baccata) och en gnetumart (Gnetum gnemon), fast dessa sekvenser är av sämre kvalitet än gransekvenserna.

För att sammanfatta vad de kommit fram till så verkar gran ha ungefär lika många gener som andra växter. Anledningen till att barrträdsgenomen är så gigantiska verkar vara att de är fulla av så kallade transposoner. Transposoner är bitar av DNA som hoppar runt i arvsmassan, och ofta dessutom kopierar sig själva på köpet. Barrträden verkar vara sämre än många andra arter på att rensa bort dessa, med resultatet att deras arvsmassa har svällt till enorma proportioner. Transposoner kan också ställa till det för växterna när de hoppar runt. Om de hoppar in i en aktiv gen kan de i värsta fall slå sönder genen och göra den icke-funktionell. Transposoner kan vara anledningen till att många av de gener som forskarnas dataprogram identifierar i granens arvsmassa verkar ha mycket stora introner.

Gran har ungefär samma antal gener som andra växter (a). Däremot verkar intronerna vara ovanligt långa (b). Källa: Nystedt m.fl. Nature (2013)
Gran har ungefär samma antal gener som andra växter (a). Däremot verkar intronerna vara ovanligt långa (b). Källa: Nystedt m.fl., Nature, 2013

 

Tyvärr har forskarna bara lyckats sekvensera delar av granens arvsmassa, och de har faktiskt inte lyckats pussla ihop sina sekvenser till en sammanhängande DNA-sekvens. Det som finns är olika bitar av arvsmassan, avlästa var för sig. Det är alltså fortfarande i praktiken ett ”fläckvis” grangenom som nu offentliggörs. Jag testade att söka på sekvenserna från ett par opublicerade grangener jag arbetade med som doktorand. De hade lyckats identifiera snuttar av båda sekvenserna, men inte hela generna. Så det finns massor av jobb kvar att göra innan vi har ett verkligt användbart grangenom. Vill du hjälpa till? Det är bara att gå till ConGenIE-sidan och sätta igång.

Birol m.fl. (2013). Assembling the 20 Gb white spruce (Picea glauca) genome from whole-genome shotgun sequencing data. Bioinformatics. doi: 10.1093/bioinformatics/btt17 (open access)

Nystedt m.fl. (2013) The Norway spruce genome sequence and conifer genome evolution. Nature. doi:10.1038/nature12211 (open access med ”Creative Commons licence”)

Fascinerande växters dag

Allting har numera sin egen speciella dag. På lördag, den 18 maj, är det dags för fascinerande växters dag. Idén kommer från the European Plant Science Organisation som för andra året i rad koordinerar den internationella Fascination of Plants Day. Målet med det hela är att få så många som möjligt att inse hur fascinerande och användbara växter är. I Sverige firas det med aktiviteter för allmänheten i Lund, Göteborg, Stockholm, Uppsala och Umeå. Trevligt initiativ tycker jag!

My beloved Brontosaurus

Brian Switek är en äkta dinosaurienörd. Hans passion för dinosaurier märks tydligt i hans skrivande, både på hans blogg Laelaps och i boken My beloved Brontosaurus, och gör att ett ämne som skulle kunna vara rätt torrt och tråkigt blir underhållande och spännande. Jag är har onekligen ett stort intresse för det mesta som är gammalt, ju äldre desto bättre, men har aldrig haft samma brinnande intresse som Brian för just dinosaurier. Trots det gillar jag den här boken, och jag håller med Brian om att det kanske viktigaste resultatet av de senaste decenniernas dinosaurieforskning är att dinosaurier nu framstår som betydligt mycket mer intressanta och spännande varelser än de gjort tidigare.

Brians bok handlar både om de dinosaurier som en gång existerade i verkligheten och om de som har blivit ikoner inom populärkulturen. Dessa två grupper är båda fascinerande på sitt sätt, men de har inte så mycket gemensamt. Det är här Brontosaurus kommer in i bilden. Denna stora, klumpiga, dumma, träsklevande best har länge varit en av dinosaurievärldens stora kändisar, och var Brians stora favorit som barn. Han blev därför oerhört besviken när han insåg att Brontosaurus aldrig funnits i verkligheten utan skapades av en felaktig ihopmontering av skelettdelar från olika dinosaurier. Brontosaurus används i boken som en symbol för vår bild av dinosaurier, så som vi ser dem på TV, i museer, som leksaker och i reklamen. Så som vi gärna vill att de ska ha varit också i verkligheten.

Vetenskapens syn på dinosaurier stämmer rätt dåligt med populärkulturens bild av dem. För det första så var långt ifrån alla stora reptiler som levde under trias, jura och krita dinosaurier. Dessutom levde inte alla dinosaurier samtidigt. De dök upp under trias, men i början, under 30 miljoner år eller så, hade de en ganska tillbakadragen roll. Först därefter kom deras storhetstid. Denna varade dubbelt så länge (!) som hela den tid som förflutit sedan det berömda massutdöendet i slutet av krita. Och de var varken dumma eller tröga djur.

Det som finns kvar av dinosaurierna är inte mycket. Fossiliserade ben, fjädrar, fotspår, dynga och, om man har riktigt mycket tur, bon och ägg. Skeletten är sällan hela, utan snarare enstaka ben här och där, vilket gör att det ofta är svårt att veta vilka ben som tillhör vilken sorts dinosaurie (därav Brontosaurus-fiaskot). Trots det lite taskiga utgångsläget har forskarna ändå under de senaste decennierna lyckats lära sig rätt mycket om bland annat dinosauriernas sociala liv, deras fysiologi och till och med deras sjukdomar. Förutom skador så plågades de stackars djuren bland annat av parasiter och cancer, vilket man kan se spår av i skeletten.

Det finns däremot mycket man inte kan utläsa ur dinosaurieskelett. Om dinosaurierna hade läten, och hur de i sådana fall lät, är en sådan sak, vilket naturligtvis inte på något sätt hindrat folk från att försöka (åter)skapa dinosaurieläten. En annan sak som Brian påpekar att man inte kan avgöra från dinosaurieskelett är kön. Enda undantaget är om dinosaurien i fråga var gravid när den dog. Åtminstone vissa dinosaurier tog hand om sina ungar, och det brukar förutsättas att det var honornas uppgift, men det är alltså bara en gissning.

Naturligtvis tar Brian också upp det här med fjädrarna. Alla fakta tyder på att de flesta dinosaurier var fluffiga. Fluffet bestod inte av päls utan av fjädrar. Även allas favoritrovdjur T. rex var fluffig. Detta är ett faktum som tagits emot med stor irritation bland de traditionalister som föredrar de klassiska fjälliga dinosaurierna, som exempelvis Steven Spielberg i hans Jurassic Park-filmer. Till och med Brian erkänner att han har lite svårt för vissa rekonstruktioner av fluffiga dinosaurier. Vetenskapen har till och med kommit på en metod för att avgöra vilken färg dinosauriefjädrar hade, vilket jag tycker är jättehäftigt! Fjädrarna finns naturligtvis kvar hos den enda grupp av dinosaurier som överlevde massutdöendet vid slutet av krita, nämligen fåglarna, fast deras fjädrar är specialanpassade för flygning.

Som traditionen bjuder i amerikansk populärvetenskap har författaren en tendens att upprepa sig, men boken är ändå av hanterbar längd. Inbunden, i lite större pocketstorlek, är texten drygt 200 sidor. Och omslaget, som är en utvikningsbar dubbelsidig affisch, är helt underbart kitschigt och gulligt. Det enda jag egentligen har svårt för i denna bok är Brians besatthet av att i rätt stor detalj beskriva hur han kör till olika museer och utgrävningar. Vad har dessa upprepade utläggningar om bilar och vägar med saken att göra?

Där ingen trodde något kunde leva

Mitt examensarbete vid universitetet handlade om arkéer, närmare bestämt om en arkéart som lever i 80-gradig syra i heta källor. Det är en så extrem miljö att det enligt all logik inte borde vara möjligt att överleva där. Jag har fascinerats av dessa bisarra och oerhört tuffa småttingar ända sedan jag som universitetsstudent först hörde talas om dem. Varför hade ingen berättat om dem tidigare?

I många hundra år delade vetenskapsmännen (och de ytterst få vetenskapskvinnorna) in livet i fem riken; djur, växter, svampar, protister (= alla andra eukaryoter) och bakterier. Bakterierna kallades också för prokaryoter eftersom de, till skillnad från eukaryoterna, inte har någon cellkärna. Detta system användes fortfarande när jag var barn, trots att forskarna vid det laget hunnit bli ordentligt skeptiska till denna gamla ”sanning”.

Det var i den moderna molekylärbiologins begynnelse på 1970-talet som Carl Woese upptäckte att vissa celler som ser ut som bakterier i mikroskopet egentligen är något helt annat. I början kallades dessa för ärkebakterier och man tänkte sig att de måste vara någon sorts unik typ av bakterier, men med tiden blev det allt mer uppenbart att de så kallade ärkebakterierna inte alls är några bakterier. De är något helt annat. Och sedan 1990 har forskarna dumpat de fem rikena och övergått till att dela in allt liv på jorden i tre domäner istället: eukaryoter, bakterier och arkéer. Tyvärr tar det ett tag för vetenskapliga revolutioner att nå de svenska skolorna (har den gjort det än?), så där regerade fortfarande de fem rikena under hela 90-talet.

Arkéer finns, precis som bakterier, överallt. Bland annat lever de i de kalla och syrefattiga sedimentlagren på havsbotten. Arkéer är svårstuderade eftersom de ofta trilskas och vägrar växa i laboratoriemiljö. De få arkéer som går att odla brukar ha en metan- eller svavelbaserad ämnesomsättning, men nu har forskare upptäckt att vissa sedimentlevande arkéer istället lever på en proteindiet.

De utsöndrar enzymer som bryter ner proteiner i sedimentet till mindre bitar. Dessa mindre bitar tas sedan upp av arkécellerna genom speciella kanaler i cellmembranet för fortsatt nedbrytning och återanvändning av beståndsdelarna. Proteinerna kommer huvudsakligen från döda organismer och ansamlas i sedimenten där de ingår i en av jordens största reservoarer av organiskt kol. De sedimentlevande arkéernas nedbrytning av proteiner påverkar därför den globala kolcykeln. David Valentine uppskattar att det kan finnas 1000 000 000 000 000 000 000 000 000 arkéer som lever i havssedimenten, så det är knappast någon liten effekt vi pratar om.

Dessutom finns de inte bara i sedimenten ovanpå havsbotten. En annan grupp forskare har letat liv på helt nya ställen och funnit att det lever mikroorganismer, inklusive arkéer, även inne i själva jordskorpan. De har borrat flera hundra meter ner i 3,5 miljoner år gammal jordskorpa av basalt som ligger under sedimentet på havsbotten utanför västra USA. Där, inne i själva jordskorpan, hittade de levande mikroorganismer som verkar ha metan- och svavelbaserad ämnesomsättning. De oceaniska plattorna är den största potentiella livsmiljön på hela jorden, så detta fynd har potentiellt stor betydelse.

Än vet vi inte hur mycket liv som egentligen finns där nere, men det skulle kunna vara det första stora ekosystem på jorden som drivs av kemosyntes snarare än fotosyntes. Vilket är egentligen det vanligaste systemet? På jordytan är livet fotosyntetiskt och använder solenergi för att omvandla koldioxid till organiska molekyler. Kemosyntetiskt liv är helt oberoende av solen och använder istället energi från andra källor. I den varma havsskorpan (temperaturen ligger konstant på ungefär 64°C) frigörs energi när havsvatten tränger in i basalten och reagerar med den, och det är denna energi som verkar utgöra basen för livet där inne.

För att kontrollera att de spår av liv de hittat inne i basalten inte bara var nedbrytningsprodukter från döda organismer försökte de odla proverna på laboratoriet. De växte visserligen mycket långsamt, men de producerade mätbara mängder metan vilket visade att de innehöll levande metanogener. Livet har ännu en gång visat sig klara mer än vi trott. Finns det egentligen någon gräns för var det är möjligt att leva?

Källor:

Mark A. Lever m.fl. (2013) Evidence for Microbial Carbon and Sulfur Cycling in Deeply Buried Ridge Flank Basalt. Science 339, s. 1305. Se också kommentar av Ed Yong (Life found deep under the sea) på Nature News & Comments den 14 mars.

Karen G. Lloyd m.fl. (2013) Predominant archaea in marine sediments degrade detrital proteins. Nature 496, s. 215. Se också kommentar av David L. Valentine (Microbiology: Intraterrestrial lifestyles). Nature 496, s. 176

Carl R. Woese, Otto Kandler och Mark L. Wheelis (1990) Towards a natural system of organisms: Proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya. PNAS 87, s. 4576

Jorden och de som bor i den

Det första många tänker på när de hör ordet jord är smuts. Ja, man blir smutsig av att hantera jord, men det är en smuts vi borde vara tacksamma för, för utan denna bruna smuts får vi gå hungriga. Sedan många tusen år tillbaka hänger vårt samhälles överlevnad på vår tillgång till bra odlingsjord. Men vad är egentligen jord för någonting?

Håkan Wallander har skrivit en hel bok om ämnet: Jord – Funderingar kring grunden för vår tillvaro. Här diskuterar han bland annat vad jord är för någonting och hur den bildas, och vad skillnaden egentligen är mellan bra och dålig odlingsjord. Håkan tar också upp  varför salt är så giftigt när det hamnar i jorden, vilket vore nyttig läsning för de tokdårar som vill salta skidspår i skogen. Fakta blandas med anekdoter, vilket gör att boken känns lättläst trots att den innehåller en hel del vetenskap.

Men boken handlar inte bara om själva jorden, utan minst lika mycket om de organismer som lever i den. Speciellt om mykorrhiza – det livsviktiga samarbetet mellan svampar och växter som är Håkans specialitet. Han förklarar i boken bland annat varför artrikedomen nog inte alls är större i en tropisk regnskog än i en svensk skog, tvärtemot vad som brukar påstås. I alla fall inte om man räknar med de varelser som lever under jorden och inte bara de som lever ovan jord.

Visserligen påstår han att landlevande växter uppstod för ungefär 400 miljoner år sedan, men den lilla missen får man nog förlåta honom. Landlevande växter fanns troligen redan under ordovicium och definitivt under silur, vilket är bra mycket tidigare än 400 miljoner år sedan. Tidigaste direkta fossila bevisen för mykorrhiza däremot är ungefär 400 miljoner år gamla, även om symbiosen troligen är ännu äldre.

Boken tar upp en hel del information som är bra att känna till för de som i olika sammanhang försöker odla växter. Bland annat påpekar han det hejdlösa lurendrejeri som pågår i blomsterhandlarna när det gäller de välfyllda hyllorna med allehanda specialgödningsmedel som påstås vara anpassade för olika växters unika näringsbehov. Vilket då unika näringsbehov? Alla sorters växter behöver i grunden samma näringsämnen för att överleva. Vilka näringsämnen det handlar om kan man slå upp i första bästa lärobok i växtfysiologi.

I och för sig kan proportionerna mellan näringsämnena i marken variera, liksom hur lättillgängliga de är, och växter är olika bra på att kunna hantera detta. De är därför olika bra på att konkurrera om utrymmet i naturen, men odlare tenderar att glömma att detta inte spelar någon roll i rabatten eller i blomkrukan. Där är nämligen den tjänstvilliga människan alltid beredd att kavla upp ärmarna och hugga i med hacka och spade för att hänsynslöst utrota alla tänkbara konkurrenter.

Läkare utan vapen

MRSA är inte nödvändigtvis den farligaste av superbakterierna, men det är absolut den mest kända. Vet du vad förkortningen står för? Multiresistenta stafylokocker? Nästan rätt, men bara nästan. Björn Ramel, författaren till Läkare utan vapen – Ett reportage om antibiotikaresistens, är utbildad läkare men arbetar även som journalist. Han berättar i boken att han svarade fel på denna fråga när han fick den av en journalistkollega.

Jag har själv läst medicinsk mikrobiologi. Det var i och för sig tio år sedan, men jag har för mig att vi fick testa oss själva för att se om vi var bärare av MRSA (det var jag inte). Precis som Björn borde jag alltså veta rätt svar, men min första tanke var ändå multiresistenta stafylokocker. Rätt svar är meticillinresistent Staphylococcus aureus.

Antibiotikaresistenta bakterier kan vara väldigt farliga, men trots det har det inte kommit ut särskilt många nya antibiotika på marknaden på många decennier. Detta är egentligen ingen nyhet, men de flesta verkar inte ha funderat särskilt mycket på vad det beror på och vad det betyder i praktiken. Hur påverkar detta problem mig? Kunskaperna om ämnet, även bland medicinare, är ganska skrala. Det är inget prioriterat problem, men det borde det nog vara.

Idag betraktas ofta infektionssjukdomar som ett mindre problem. Käka lite antibiotika så blir du frisk. Inga svårigheter och inga bieffekter. Övertygelsen om att antibiotika är ett mirakelmedel utan bieffekter har lett till en gigantisk överanvändning. Antibiotika används inte bara mot bakterieinfektioner i människor och djur, utan i alla möjliga sammanhang där den egentligen inte hör hemma. Dessutom har denna övertygelse, i kombination med ekonomiska neddragningar och överbeläggningar på sjukhus, lett till att sjukvårdspersonal har blivit mindre noga med hygienen. Resultatet är ett skolexempel på fenomenet naturligt urval. Fördelarna med att bära på och använda resistensgener, vilket kräver lite extra energi, har helt plötsligt blivit gigantiska för alla möjliga bakterier. Både bakterier som vi behöver och bakterier som kan döda oss bär på dem.

Antibiotika är inget mänskligt påhitt. Vi kopierade den från mikroorganismerna. Tyvärr verkar vi har glömt bort ett par saker. Mikroorganismerna har i årmiljarder övat sig på att försvara sig mot antibiotika. De är jäkligt bra på det! Dessutom samarbetar de och delar frikostigt med sig av sina försvar till varandra. Bakterier har nämligen för vana att gratis ge bort sina resistensgener till alla som vill ha dem. Detta kallas horisontell genöverföring. Björn liknar det vid fildelning, vilket är en ganska bra liknelse. Redan penicillinets upptäckare Alexander Fleming varnade för att felaktig användning av antibiotika gör att selektionen för antibiotikaresistenta bakterier förstärks. Och forskare har fortsatt att varna i decennier. Men är det någon som lyssnar?

Dessutom är det där med att antibiotika inte har några bieffekter helt enkelt inte sant. Även milda antibiotika har en hel del bieffekter, både för den enskilda patienten och för samhället som helhet. Människan vill gärna se sig själv som skapelsens härskare, men det är en illusion. Vi är i själva verket snarare vandrande inkubationskammare och matleverantörer för bakterier. En människokropp består av fler bakterieceller än människoceller, och utan dessa bakterier klarar vi oss rätt dåligt. Men antibiotika påverkar inte bara onda bakterier som skadar oss. De påverkar även de bakterier vi behöver för att vara friska. Så det där med att äta antibiotika när det inte verkligen behövs för att rädda ens liv är ingen riktigt lysande idé. Risken är att du gallrar bort de bakterier du behöver till fördel för helt andra bakterier som i värsta fall kan göra dig riktigt allvarligt sjuk. Dessutom har antibiotika inte alltid ens någon effekt mot de mildare infektionssjukdomar den ofta används mot. För att citera Björn Ramels bok:

”En vanlig föreställning är att bakterieinfektioner inte läker utan antibiotika, eller att medicinerna åtminstone påskyndar läkningsförloppet rejält. Det stämmer för allvarliga sjukdomar som blodförgiftning och lunginflammation, men inte för infektioner som öroninflammation, halsfluss och urinvägsinfektion. […] Barn med öroninflammation som får antibiotika blir i genomsnitt smärtfria 0,4 dagar före de som får sockerpiller, enligt en studie. I runda tal måste sexton barn behandlas för att ett av dem ska slippa ha ont i örat efter tre till sju dagar. Omvänt får antibiotikabarnen dubbelt så ofta biverkningar som diarré, illamående och hudutslag.”

Mycket tyder tyvärr på att antibiotikans tidevarv bara är en parentes i människans historia. Det innebär inte bara att infektionssjukdomar återigen kan bli ett verkligt gissel även för den rikare delen av världens befolkning. Mycket av den tekniskt avancerade moderna sjukvården är helt beroende av antibiotika. Större kirurgiska ingrepp, cancervård med kemoterapi, organtransplantationer och vård av för tidigt födda barn – alla kräver de antibiotika för att patienten ska ha en hygglig chans att överleva.

Men antibiotikaresistens är ett problem som växer långsamt, och de som råkar mest illa ut är som vanligt de fattigaste. Så det är sällan detta räknas som en nyhet i media. Problemet liknar den kommande bristen på fossil olja. Oljan kommer inte att plötsligt ta slut. Inte heller antibiotikan. Snarare sinar de långsamt samtidigt som priset gradvis stiger. Till slut kanske det blir så dyrt att en del av dagens sjukvård inte längre kan finansieras med skatter utan blir en lyx som bara de rikaste har råd med. Men någon plötslig apokalyps är inte att vänta. Och precis som med frågan om klimatet och koldioxidutsläppen verkar detta göra att det är svårt att få politiker att ta problemet riktigt på allvar.

Kanske är det klipp och klistrandet som utgör skillnaden

När man säger att en gen ”uttrycks” eller att den ”är aktiv” betyder det att informationen överförs från DNA:t till ett budbärar-RNA (mRNA = messenger RNA) för att sedan översättas till ett protein.

DNA -> mRNA -> Protein

Francis Crick kallade detta för den centrala dogmen inom molekylärbiologin, och detta enkla 1:1:1 förhållande har utgjort grunden för i princip all molekylärbiologi ända sedan dess. Tyvärr är biologi sällan så enkelt i verkligheten, och det gäller även denna process. En gen ger nämligen oftast inte upphov till ett protein, utan till många. Och då menar jag inte bara att det bildas många likadana proteinmolekyler, utan även att en gen faktiskt kan ge upphov till flera olika sorters proteiner.

I eukaryoter och arkéer består gener av exoner och introner. Exonerna är de delar av DNA:t som innehåller själva instruktionerna för hur proteinet ska byggas. Intronerna däremot används inte för att göra proteiner utan klipps bort från mRNA-molekylerna innan dessa är färdigtillverkade. Vad intronerna har där att göra, när de ju ändå bara klipps bort, är inte helt klarlagt. Ibland kan de innehålla information som avgör när och var genen är aktiv, men oftast verkar de inte göra någonting alls.

Saken är den att när intronerna vSplicing_overviewäl har klippts bort kan exonerna klistras ihop igen på flera olika sätt. Detta kallas alternativ splitsning, vilket är en försvenskning av alternative splicing, och illustreras av figuren till vänster (från Wikipedia) där boxarna i pre-mRNA:t är exoner och de tjocka strecken mellan dem är introner. Genom att sätta ihop olika kombinationer av exoner får man två olika mRNA:n och därmed två olika proteiner. Dessutom händer det ibland att inte alla introner verkligen klipps bort, vilket ger ännu fler pusselbitar att leka med. Den mer korrekta varianten av dogmen ska alltså snarare vara:

DNA -> flera olika mRNA:n -> flera olika proteiner

Hittills har forskarna generellt ganska dålig koll på vad detta alternativa splitsande egentligen har för betydelse. De flesta har istället satsat hårt de senaste åren på att mäta och jämföra hur mycket mRNA som bildas från olika gener i alla upptänkliga vävnader av alla möjliga utvecklingsstadier hos mer eller mindre alla organismer man fått tag i. Normalt skiljer forskarna då inte på olika varianter av mRNA från samma gen, utan mäter allihopa tillsammans och kallar det för ”nivån på genaktiviteten”.

Vi har vetat ett bra tag nu att alla ryggradsdjur har ganska lika arvsmassor med ungefär samma gener. Inte heller verkar det finnas några markanta skillnader i nivån på genaktiviteten mellan motsvarande organ i olika sorters ryggradsdjur. I alla fall inte tillräckligt stora skillnader för att kunna förklara varför olika ryggradsdjur faktiskt ser ganska olika ut. Men kanske har man mätt fel saker?

I en artikel som publicerades förra året i Science presenterade 17 st forskare att de upptäckt att det finns tydliga skillnader i alternativ splitsning mellan samma organ i olika ryggradsdjur. De mätte både den alternativa splitsningen och nivån på genaktiviteten i flera olika organ i människa, schimpans, orangutang, makak, mus, pungråtta, näbbdjur, kyckling, ödla och groda. Det visade sig dels att alternativ splitsning var vanligare i primater än i de övriga ryggradsdjuren och dels att den alternativa splitsningen var artberoende snarare än organberoende. Tvärtom mot nivån på genaktiviteten som var organberoende snarare än artberoende. Dessa resultat antyder att vi kanske borde ägna mer tid åt att studera alternativ splitsning och mindre tid åt att mäta mängden av olika geners mRNA om vi vill förstå vad som egentligen skiljer de olika ryggradsdjuren åt. Möjligen gäller också samma sak för växter?

Referens: Barbosa-Morais m.fl. (2012) The Evolutionary Landscape of Alternative Splicing in Vertebrate Species. Science 338, s.1587

Pollineringens historia

Att blommo2009_08020166rnas och insekternas evolution har följts åt och drivit på varandra är ingen nyhet, men hur uppstod detta samarbete? Darwins klassiska teori om naturligt urval fungerar utmärkt för att förklara varför samarbetet mellan blommor och pollinerare fortsatte och utvecklades vidare när det väl uppstått, men förklarar inte hur och när samarbetet uppstod till att börja med.

Naturligt urval innebär i korthet att de individer som är bäst anpassade till sin livsmiljö är mest sannolika att få barn som i sin tur överlever till vuxen ålder och själva blir föräldrar. Naturligt urval är en konsekvens av två saker. Att resurserna inte är oändliga och att olika individer av samma art inte är helt identiska och därmed inte har samma förutsättningar. Dessa två observationer kan verka självklara, men dessa enkla insikter har ofta ignorerats och förnekats av religiösa och ideologiska skäl.

Ofta förutsätts det att insektspollinering var en innovation som uppstod med blommorna. Det stämmer inte. De nakenfröiga växterna har också pollen som behöver föras till fröämnena i honkottarna. Idag är barrträd och ginkgo undantagslöst vindpollinerade, men både kottepalmer och gnetaler är insektspollinerade.

Gnetaler producerar söta pollineringsdroppar både han- och honkottar, vilket lockar pollinerare. Kottepalmer producerar också pollineringsdroppar, men de är inte lika söta. Deras pollinerare äter istället pollen och andra växtdelar. Möjligen lockas insekterna till kottarna av att pollineringsdropparna luktar gott (om man är en insekt). Även barrträd och ginkgo har pollineringsdroppar. De utsöndras från fröämnena och används för att suga in pollen i själva fröämnet och att för att få pollenkornen att gro.

Den äldsta fossila växten med anpassningar som associeras med insektspollinering var en fröormbunke som levde under karbonperioden. Insektspollinering blev dock aldrig något dominerande mode bland fröormbunkar som generellt föredrog vindpollinering. Även under Mesozoikum var kottepalmer och gnetaler insektspollinerade, och under senare delen av perioden dök ju blomväxterna också upp, men under Mesozoikum fanns dessutom insektspollinerade barrträd (specifikt familjen Cheirolepidiaceae) och bennettiter. Bennettiterna var en utdöd grupp av fröväxter som hade tvåkönade kottar och två integument i fröämnena. Eftersom deras kottar påminde en aning om blommor har de ofta kopplas till blomväxternas evolution, men hur det ligger till med den saken är inte avgjort.

De nakenfröiga växterna använde alltså insektspollinering långt innan det fanns några blommor. De använder dessutom åtminstone delvis samma sorts signaler som blommorna för att locka pollinerare. Den uppenbara slutsatsen är därför att blomväxterna sannolikt helt enkelt övertog sina pollinerare från de nakenfröiga växterna. Blommornas insektspollinering var inte alls någon innovation! Blomväxterna övertog och vidareutvecklade ett samarbete som redan var gammalt och väl inarbetat. Att blomväxterna och insekterna sedan tillsammans tagit detta samarbete till helt nya höjder är en annan historia.

Kommentar: Gnetaler är mitt egenpåhittade namn på växter i ordningen Gnetales, vilken idag består av de tre släktena Gnetum, Ephedra och Welwitschia. Så vitt jag vet finns det inget etablerat svenskt namn på ordningen, vilket behövs om man ska kunna prata om fröväxternas evolution på svenska.

Referens: Labandeira m.fl. (2007) Pollination drops, pollen, and insect pollination in Mesozoic gymnosperms. Taxon 56, s. 663 (tips: googlar du lite kan du hitta denna artikel som gratis pdf)

Hur jättebläckfisken blev filmstjärna

En av de mest kända händelserna i vetenskapsvärlden under det senaste året är att forskare för första gången lyckats filma jättebläckfisken i sin naturliga miljö. Jättebläckfisken antogs länge vara ett mytologiskt sagomonster snarare än ett riktigt djur, och ännu idag vet forskarna mycket lite om jättebläckfiskar.

TED berättar Edith Widder hur det gick till när de lyckades filma jättebläckfisken. Och ja, jättebläckfisken är med i videon.

Växterna frodas när Sverige värms upp

Att jordens klimat i genomsnitt blir allt varmare har väl inte gått någon förbi. Och särskilt snabbt går det längst upp i norr, även om det inte alltid känns så när man väntar på att våren ska komma. Man kan ju tycka att ett varmare klimat borde innebära att fler växter trivs här uppe i Norden, och att de dessutom borde växa bättre. Men har detta hänt i verkligheten eller är det bara önsketänkande?

Forskare från ett flertal länder publicerade nyligen en artikel i Nature Climate Change om detta. De har studerat hur växternas tillväxt och temperaturskillnaden mellan årstiderna har förändrats på de norra delarna av jordklotet över 30 år, från 1982 till 2011. De skiljde på det boreala området (65-45 grader nordlig latitud plus skogen längre norrut) och det arktiska området (från 45 grader nordlig latitud till norra ishavet plus tundra längre söderut). De använde sig dels av mätningar på själva marken och dels av satellitbilder, och förändringarna de fann visade sig vara stora.

Temperaturskillnaden mellan sommar och vinter i de arktiska områdena 2011 liknade de som rådde 4 breddgrader längre söderut 30 år tidigare. För de boreala områdena motsvarade skillnaden 5 breddgrader. För vegetationens tillväxt var motsvarande siffror 7 breddgrader för de arktiska och 6 breddgrader för de boreala områdena. Avståndet mellan min nuvarande hemstad Uppsala och min barndomsstad Boden är 6 breddgrader, vilket ger en uppfattning om hur stora skillnader vi talar om.

733096main_Northern_ndvi_FINALBilden kommer från NASA. Gul färg betyder att växternas tillväxt inte förändrats
över tiden. Grön färg betyder att växternas tillväxt har ökat ca 5% per decennium
och rött anger en lika stor minskning. Blått betyder en ökning med ca 10% per
decennium. Sverige är mest grönt med lite inslag av blått.

 

Årstiderna här i norr har alltså förändrats ganska mycket under de senaste 30 åren. Forskarna har också använt klimatmodeller för att försöka förutsäga vad som kommer att hända i framtiden. De kom fram till att vid slutet på detta sekel kommer temperaturerna att motsvara de som rådde 22 breddgrader längre söderut under 1951-1980. Klimatförutsägelser varierar dock beroende på vem man frågar. Forskarna är visserligen överens om att klimatet på jorden som helhet kommer att bli varmare, men hur mycket varmare det blir och vad som kommer att hända på lokal nivå är oklart. Det är också svårt att förutsäga vad varmare temperaturer betyder för växtligheten. Växterna påverkas ju också av t.ex. vattentillgång, hur ofta det brinner och förekomsten av skadeinsekter.

Referenser:

Xu och Myneni med kollegor. Temperature and vegetation seasonality diminishment over northern lands. Nature Climate Change, publicerad online (innan tryck) 10 mars 2013. DOI: 10.1038/NCLIMATE1836

NASA. Amplified Greenhouse Effect Shifts North’s Growing Seasons

Se också Plants March North av Liz O’Connell på SciLogs