Fjellblomster og evolusjon

Vakre fjellplanter rommer store genressurser. Forskning på organismer med mangedobbelte kromosomsett gir ny viten om hvordan arter oppstår.

Published
"Fjellplanter med mange kromosomer gir forskere ved Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis i Oslo ny kunnskap om hvordan nye arter kan oppstå. Førsteamanuensis Anne Krag Brysting med to planter av arveslekten. (Foto: Asle Rønning)."
"Fjellplanter med mange kromosomer gir forskere ved Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis i Oslo ny kunnskap om hvordan nye arter kan oppstå. Førsteamanuensis Anne Krag Brysting med to planter av arveslekten. (Foto: Asle Rønning)."

Polyploide arter

- Kromosomer er genmaterialet i cellene hos alle typer organismer.

- Diploide arter har to kromosomsett. Polyploide arter er arter med mer enn to kromosomsett.

- Polyploidi er utbredt i planteverdenen og forekommer blant dyr.

- Polyploidi kombinert med hybridisering kan være opphav til nye arter.
 

Fjellarve og snøarve

- Fjellarve (Cerastium alpinum) og snøarve (C. nigrescens) tilhører begge arveslekten.

- Fjellarve og snøarve er slektninger av vanlig arve som finnes i lavlandet.

- Snøarve vokser høyere og trenger mer kalkholdig jord. Mens fjellarve for eksempel finnes på Finse, må man til Dovre for å finne snøarve.

- På enkelte lokaliteter finner man en glidende overgang mellom de to artene. Dette kan skyldes hybridisering mellom de to artene.
 

- Dette er en fjellarve fra Grønland, og dette er en tundraarve fra Svalbard, forklarer førsteamanuensis Anne Krag Brysting der vi står i den såkalte ”Fytotronen” på Universitet i Oslo, hvor planter dyrkes fram under kontrollerte betingelser.

De arktiske og fjelltilknyttede artene får optimale vekstbetingelser – men litt kortere sesonger enn de ville fått i naturen. Tre måneder vinter gir raskere generasjoner.

Tundraarven, som nå har fått beskjed om det er vår, har så vidt begynt å blomstre.

De små fjellplantene, slektninger av arvearten mange opplever som ugras i egen plen i lavlandet, er ganske spesielle. Fjellarve og snøarve, to arter som finnes i norske høyfjell, har et mangedeobbelt antall kromosomer.

- Fjellarve har 72 kromosomer og snøarve hele 108, forklarer Brysting, som er tilknyttet Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis (CEES) ved Universitetet i Oslo.

Mange sett kromosomer

Ved senteret forsker botanikere og molekylærbiologer i fellesskap på arvematerialet til polyploide planter – planter med mer enn to sett kromosomer.

Fenomenet er ganske vanlig i planteverdenen, og spesielt utbredt i norske høyfjell og arktiske områder.

Det store antallet kromosomer betyr at artene har store genressurser å spille på. Innen evolusjonsbiologien antas det nå at polyploide arter inntar en større rolle i utvikling av nye arter enn tidligere antatt.

Fjellarve. (Foto: Anne Krag Brysting)
Fjellarve. (Foto: Anne Krag Brysting)

Mens mennesker og mange andre dyr har to sett kromosomer - de er diploide - har mange plantearter flere sett med kromosomer, og er altså polyploide.

Arveslekten Cerastium har kromosomsett med ni kromosomer. Fjellarve har åtte kromosomsett og snøarve 12. Fjellarve er en 8-ploid og snøarve en 12-ploid.

Polyploidi kan oppstå på en rekke ulike måter, ofte som feil under dannelsen av kjønnsceller i diploide arter. I mange tilfeller kan polyploide arter oppstå etter krysninger mellom innbyrdes ulike diploide arter. Det kan da dannes nye hybridarter (krysninger).

Slike hybridarter kan være ufruktbare, men kan også være opphav for nye plantearter.

Viktig forskningsfelt

Polyploidi kombinert med hybridisering er nå antatt å kunne spille en stor rolle i utviklingen av nye arter.

Tradisjonelt mente man at polyploide arter hadde liten genetisk variasjon og liten mulighet for å utvikle seg videre, og fenomenet ble ikke tillagt særlig vekt. Nå er oppfatningen en annen.

- Dette er et felt som er ganske ”in” nå. Før var polyploidi sett som en evolusjonær blindvei, men nå anses det som evolusjonært nyskapende og en veldig viktig faktor i planteevolusjonen, sier Brysting.

Snøarve. (Foto: Anne Krag Brysting)
Snøarve. (Foto: Anne Krag Brysting)

Polyploidisering og hybridisering forvirrer det rene bildet av ryddige stamtre. Arveslektens har et komplisert stamtre med linjer på kryss og tvers, skapt av stadige krysninger.

Nye arter

Polyploidisering kan være en kilde for artsdannelse uten forutgående adskillelse av populasjoner.

- Polyploidi er det viktigste eksempel på denne formen for artsdannelse. Det kan skje raskt - om ikke fra en dag til den neste - så i løpet av en generasjon. Det trenger ikke ta 10.000 år, sier Brysting.

Slike organismer har et mye større genmateriell tilgjengelig enn diploide organismer, forklarer hun. Disse artene kan derfor ha et potensial for å utvikle egenskaper og kanskje utkonkurrere foreldreartene eller trenge inn i andre nisjer.

På Svalbard er anslagsvis 80 prosent av planteartene polyploide, mens tilsvarende andel på Kanariøyene antagelig er mindre enn 30.

Brysting sier at tilpasningsevne til ekstremt miljø kan være en av årsakene til at slike arter er utbredt i arktiske områder, men at vi foreløpig ikke vet nok om dette.

Nytt prosjekt

Førsteamanuensis Anne Krag Brysting ved Universitetet i Oslo.
Førsteamanuensis Anne Krag Brysting ved Universitetet i Oslo.

Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis starter nå et forskningsprosjekt på den arten aurskrinneblom (Arabidopsis petraea), hvor effekten av polyploidi på genuttrykk vil bli studert.

Denne arten har en nær diploid slektning, vårskrinneblom (A. thaliana), som er genetikernes modellorganisme. I forbindelse med at hele genomet har blitt kartlagt, har man funnet spor etter minst tre polyploidiseringer i løpet av evolusjonshistorien til denne arten.

Det er nå mulig å ”se” langt tilbake i tid i evolusjonshistorien.

Brysting mener at det også er et betydelig potensial for forskning på polyploide dyrearter. Fenomenet er mindre vanlig blant dyr enn planter, men man antar nå at det også kan spille en rolle også for flere dyregruppers evolusjon.

- Vi vet mye mer nå enn for ti år siden. Men foreløpig er det så forsvinnende lite av mekanismene man forstår, sukker Brysting.