Hva skjer når du utsetter tre forskjellige planter for et kuldesjokk? (Video: Naturhistorisk museum / UiO)

Hvordan har tre ulike plantearter tilpasset seg et liv i Arktis?

FORSKEREN FORTELLER: For et par uker tilbake flyttet Siri Birkeland tre planter til et rom med temperatur rundt frysepunktet. Hensikten var å gi plantene et kuldesjokk for at de skulle sette i gang maskineriet som beskytter planten fra lave temperaturer

Published

I mitt doktorgradsprosjekt ser jeg nærmere på hvordan tre ulike plantearter har tilpasset seg det arktiske miljøet. I ett av eksperimentene mine skal jeg sammenligne det genetiske maskineriet som gjør plantene i stand til å takle lave temperaturer, og der er jeg interessert i å se om det er de samme genene som er involvert i å beskytte planten mot frost hos de tre ulike planteartene.

Draba nivalis - snørublom - før eksperimentet. (Foto: Siri Birkeland / UiO)
Draba nivalis - snørublom - før eksperimentet. (Foto: Siri Birkeland / UiO)
Cochlearia groenlandica - polarskjørbuksurt - før eksperimentet. (Foto: Siri Birkeland / UiO)
Cochlearia groenlandica - polarskjørbuksurt - før eksperimentet. (Foto: Siri Birkeland / UiO)
Cardamine bellidifolia - høyfjellskarse - før eksperimentet. (Foto: Siri Birkeland)
Cardamine bellidifolia - høyfjellskarse - før eksperimentet. (Foto: Siri Birkeland)

Det er ganske lite vegetasjon i Arktis, men det finnes en del plantearter som har klart å overvinne det harde arktiske klimaet. Slike planter har utviklet egenskaper som gjør dem i stand til å takle en rekke utfordringer knyttet til å leve i et arktisk miljø; for eksempel har de tilpasset seg en veldig kort vekstsesong og ikke minst er de alltid klare for at det kan komme frost, selv i de varmeste sommermånedene.

Det store spørsmålet: Gjentar evolusjonen seg?

De tre planteartene jeg studerer heter snørublom, høyfjellskarse og polarskjørbuksurt. De er i samme familie, men har tilpasset seg det arktiske miljøet uavhengig av hverandre. Vi kan derfor se på dem som tre ulike «naturlige eksperimenter» i arktisk evolusjon. Ved å sammenligne hvordan evolusjonen har formet genene deres, kan vi få innsikt i hvor stor grad evolusjonen er repeterbar.

Om evolusjonen tar de samme veiene om igjen er et av de store spørsmålene i biologien. I tilfellet med de tre arktiske planteartene kan man kan jo for eksempel tenke seg at noen gener har lettere for å få nye funksjoner som har med for eksempel kuldetoleranse å gjøre. På den andre siden virker jo evolusjonen på mange gener samtidig og det er veldig mange tilfeldigheter involvert - derfor kan det godt hende de tre artene har utviklet helt ulike løsninger på samme problem.

Et 24 timers kuldesjokk

Forskeren brukte dette fryserommet for å gjennomføre eksperimentet. (Foto: Siri Birkeland / UiO)
Forskeren brukte dette fryserommet for å gjennomføre eksperimentet. (Foto: Siri Birkeland / UiO)

For et par uker tilbake flyttet jeg flere individer av snørublom, høyfjellskarse og polarskjørbuksurt fra et rom med normal sommertemperatur til et rom med temperatur rundt frysepunktet. Hensikten var å gi plantene et kuldesjokk for at de skulle sette i gang maskineriet som beskytter planten fra lave temperaturer. Det er nemlig ikke sånn at alle gener er skrudd på til enhver tid. Når plantene opplever lave temperaturer, skjer det masse inni plantecellene; for eksempel skrus noen gener på, mens andre skrus av.

Siri Birkeland og veilederen hennes, Michael Nowak, tar RNA-prøver etter 3 timer med kuldeeksperimentet.
Siri Birkeland og veilederen hennes, Michael Nowak, tar RNA-prøver etter 3 timer med kuldeeksperimentet.

Når gener skrus på, lages det en kopi av genet kalt RNA. RNAet kan brukes som instruksjon når det skal lages proteiner. Ved å ta prøver av RNAet til plantene kan vi se akkurat hvilke gener som er skrudd på til enhver tid. Sammen med min amerikanske veileder, Michael Nowak, fulgte vi plantene over 24-timer med lave temperaturer. Vi tok prøver av RNAet deres før de ble satt inn i det kalde rommet, og deretter fortsatte vi å ta prøver etter 3, 6 og 24 timer med null grader. På den måten kan vi se hvilke gener som er involvert i kuldetoleranse og i hvilken rekkefølge de blir skrudd på eller av.

Lange dager i laboratoriet

For å få tak i RNAet til en plante, må man plukke noen blader fra planten og legge dem i en spesiell væske som ødelegger cellene. I tillegg må man knuse bladene med en mini-morter og deretter fjerne alt det andre man ikke vil ha (proteiner, sukker, DNA osv.) til bare RNAet blir igjen. Dette gjøres i laboratoriet.

Knuste blader blir til planteekstrakt. (Foto Siri Birkeland / UiO)
Knuste blader blir til planteekstrakt. (Foto Siri Birkeland / UiO)

Siden vi gjorde eksperimentet over 24 timer og tok prøver av plantene fire ganger, ble det lange dager i laben. Den første natta måtte jeg jobbe helt til klokka tre. Når jeg jobber lange dager i laben er jeg livredd for å bli sliten og ukonsentrert, for da kan man lett gjøre feil som potensielt gjør at man må starte helt på nytt eller kaste verdifulle prøver.

Jeg har derfor konstant tilgang på koffein og sukker. Om du tror jeg var trøtt da jeg jobbet midt på natta, tar du altså grundig feil! Jeg hadde drukket så mye kaffe og spist så mye sjokolade at jeg var hyper og helt skjelven (den kombinasjonen er for øvrig ikke så praktisk når man skal bruke pipette).

Noen prøver har blitt rosa, det er uvisst hvorfor, og det er midt på natten. (Foto: Siri Birkeland / UiO)
Noen prøver har blitt rosa, det er uvisst hvorfor, og det er midt på natten. (Foto: Siri Birkeland / UiO)

Venter i spenning

RNA-prøvene skal nå sendes til det som kalles Norsk sekvenseringssenter (NSC), ved UiO. De har store maskiner som kan lese av RNA-molekylene og gjøre dem om til datafiler med bokstavkoder.

Først når vi får disse datafilene tilbake fra sekvenseringssenteret, kan vi sammenligne genene mellom de tre artene. Vi er veldig spent på hva vi finner!

Skjørbuksurt: Før og etter. (Foto: Siri Birkeland)
Skjørbuksurt: Før og etter. (Foto: Siri Birkeland)
Snørublom: Før og etter. (Foto: Siri Birkeland)
Snørublom: Før og etter. (Foto: Siri Birkeland)
Høyfjellskarse: Før og etter. (Foto: Siri Birkeland)
Høyfjellskarse: Før og etter. (Foto: Siri Birkeland)