To genetisk identiske grantrær på Ås midt i mai 2017. Treet til venstre som vokste opp fra et frø dannet under kjølige forhold (18° C), har hvert år tidligere knoppsprett enn treet til høyre som kom fra et frø utviklet under varme forhold (28° C). (Foto: Marcos Viejo, NMBU)
To genetisk identiske grantrær på Ås midt i mai 2017. Treet til venstre som vokste opp fra et frø dannet under kjølige forhold (18° C), har hvert år tidligere knoppsprett enn treet til høyre som kom fra et frø utviklet under varme forhold (28° C). (Foto: Marcos Viejo, NMBU)

Forskeren forteller: Norske trær reagerer raskt på klimaendringer

Trær må i dagens klima takle store svingninger i temperatur og lys. Ny forskning viser at de kan tilpasse seg raskt.  

Published

Forskere har så langt vært mest opptatt av om trær og andre planter vil takle at våren kommer tidligere. Men hva skjer om høsten og vinteren om vi får et varmere klima?

Vi har undersøkt hva som skjer med små trær når de får det varmere og lyssammensetningen endres.

Dette gjør trærne før det blir kaldt

Når nettene blir lange og kulda setter inn - da går trærne i vinterdvalen sin, eller vinterhvilen, som det heter på fagspråket. Da har trærne allerede forberedt seg til neste vekstsesong. I enden av greinene har de laget vinterknopper som springer ut og blir til blader om våren.  

Har du med deg en kniv i skogen nå, kan du skjære igjennom en slik vinterknopp og se at inni ligger ørsmå, grønne blad som venter på at det skal blir vår.

På høsten har trærne også forberedt seg på å overleve kulda. De har kvittet seg med så mye vann som mulig og laget frostvæske som hindrer at resten av vannet fryser, akkurat som vi må fylle frostvæske på bilen før frosten kommer. Trærnes frostvæske inneholder mye sukker, men de lager også mer umettet fett i membranene som omgir cellene. Du har sikkert sett at kald matolje ikke blir like hard som smør.. Dette er fordi matolje inneholder mer umettet fett. På samme måten blir cellemembraner med mer umettet fett mindre stive og går ikke så lett i stykker når det blir skikkelig kaldt og de kommer i kontakt med piggete iskrystaller.

I hviletilstand overlever grana i Sibir og bjørka på Finnmarksvidda den kalde vinteren, men kommer det en svikefull frostnatt i juni så vil knoppene fryse og dø. For små planter kan dette bety slutten, mens de voksne trærne i beste fall får en litt tung og forsinket start på vekstsesongen.

Samme fare melder seg på høsten; er treet for seint ute med å forberede seg på vinteren, kan det fryse i hjel eller i hvert fall bli satt skikkelig tilbake. Men hvordan vet trærne når de skal avslutte for sesongen og gå i hvile? Og hvordan påvirkes slike finjusterte mekanismer av klimaendringer, når temperaturen øker og vinteren blir kortere?

Trærne måler lengden på dagen

Forskerne forsto allerede på 1950-60-tallet at trærne bruker lyset til å avgjøre når det er på tide avslutte veksten om høsten. Samtidig med at dagene blir kortere og nettene lengre avtar veksten, vinterknoppene dannes og trærne utvikler frostbeskyttelse.

Trærne er tilpasset klimaet på hjemstedet, slik at de fra nord reagerer ved kortere netter enn de fra sør. Disse tilpasningene tar de med seg dersom vi flytter dem, slik at frø fra trær i nord vil gi trær som avslutter veksten tidligere enn optimalt dersom vi sår dem sør i landet.

Trær sørfra fryser lettere i hjel i nord siden de korte nettene der tidlig på høsten gjør at de ikke forstår at vinteren nærmer seg. I tillegg har man funnet ut at trærne ikke bare måler nattlengden, men også hva slags lys de får. Når du forflytter deg fra sør mot nord er det ikke bare lengden på natt og dag som endrer seg, men også innholdet av forskjellige farger i lyset. 

Dette varierer også med årstidene, og skyldes endret lysspredning i atmosfæren med solhøyde på himmelen. På 1980-tallet fant forskerne at nordlige treslag, i tillegg til daglengden, bruker forholdet mellom rødt og mørkerødt lys til å avgjøre hvor nær vinteren er.  

Vinterhvile og klimaendringer

Daglengde og rødt lys endrer seg lite med klimaendringer, så en varm høst og kortere vinter er kanskje ikke noe som forstyrrer trærnes vinterhvile? Lenge trodde vi at det var så enkelt, og forskningen på klimaendringer og endringer i vekstsesong har i stor grad vært konsentrert om effektene av en tidlig vår.  

Det siste tiåret har imidlertid studier under kontrollerte betingelser i veksthus vist at temperaturen også er med og bestemmer. Selv om nattlengden er viktigst, påvirker temperaturen hvor lang natt som skal til for at trærne skal forstå at vinteren nærmer seg.

Faktisk finnes det også trær som ikke bryr seg noe særlig om nattlengden i det hele tatt! Epler og pærer, for eksempel, er bare opptatt av om temperaturen bikker under 12° C. De har riktignok sin opprinnelse lenger sør, og har ikke fått utviklet finmekanikk basert på lys. Men også nordboere som gran, bjørk og osp viste seg å kunne fristes til å vokse litt lengre dersom det var varmt nok.

Noen av ospene vokste under solariumslamper med ultrafiolett-B (UV-B) lys. Forskerne testet  UV-B-delen av lyset som også varierer fra nord til sør og gjennom sesongen. (Foto: Christian Bianchi Strømme)
Noen av ospene vokste under solariumslamper med ultrafiolett-B (UV-B) lys. Forskerne testet  UV-B-delen av lyset som også varierer fra nord til sør og gjennom sesongen. (Foto: Christian Bianchi Strømme)

Terassevarmere og solariumslamper i tre-forskningen

I samarbeid med finske forskere ønsket vi å teste ut dette under mer naturlige forhold. Vi lot små ospeplanter få vokse ute under datastyrte terassevarmere som sørget for at lufttemperaturen alltid var 2° C varmere enn den naturlige.

I tillegg vokste noen av ospene under solariumslamper med ultrafiolett-B (UV-B) lys. Slik testet vi om UV-B-delen av lyset, som også varierer naturlig fra nord til sør og gjennom sesongen, er med og påvirker trærnes vekstrytmer.

To ekstra varmegrader gjorde at småtrærne vokste lenger utover høsten, mens mer UV-B motvirket effekten av økt temperatur og forkortet sesongen. For å sjekke dette videre plantet vi også osper i forskjellige høydelag, fra ca 200 til ca 800 meter over havet, i Gudbrandsdalen. Når vi går fra dalbunnen og opp mot fjellet synker temperaturen, mens UV-strålingen øker.

I tillegg til å benytte de naturlige forskjellene i klima, monterte vi også plaststriper som filtrerer ut UV-B-strålingen over noen av plantene. Disse nye undersøkelsene viste det samme som de første: småtrærne vokser lengre om høsten der det er varmere, og når vi nå tok bort UV-B-lyset, vokste disse plantene enda lengre. Effekten av UV-B var størst der det er naturlig mest av det, oppe på 800 meter over havet.

Man skulle tro at trærne forbinder mye UV-B med sommer og sol, men det var altså motsatt.  Hvorfor vet vi ikke sikkert, men kanskje forstår trærne at kombinasjonen av mer UV-B og lavere temperatur betyr at de befinner seg høyt over havet der frosten kommer tidlig. Eller forstår de at mye UV-B betyr mye sol og varme som ofte følges av tørke med dårlige vekstforhold?

Treet husker temperaturen i sin tidlige barndom

Lenge trodde forskerne at tilpasningen til nattlengden var en ganske så fast og uforanderlig genetisk egenskap. Selv om vi vet lite om hvilke gener det handler om, vet vi nå altså at temperaturen og typen lys påvirker hvilken nattlengde som gjør at et tre forstår at vinteren nærmer seg.

Ikke nok med det, norsk forskning fra de siste 25 årene har også vist at et grantre husker temperaturen fra den gangen frøet det vokste opp fra ble dannet! Hvis frøet ble til under kjølige forhold, lager treet vinterknopper tidligere enn om det ble dannet under varmere forhold. I tillegg spretter knoppene tidligere om våren hos treet som spirte fra frøet som ble dannet under kjølige forhold.

Dette ble i sin tid oppdaget av forskere ved det tidligere institutt for skogforskning, nå NIBIO. Vi samarbeider nå med NIBIO for å finne ut hvordan temperaturen under dannelsen av frøet senere kan påvirke når vinterknopper dannes og knoppsprett skjer. Vi vet nå at temperaturen under frøutviklingen påvirker mange geners aktivitet, og vi jobber videre med å finne ut hvordan det skjer.

Hvor fleksibel er klimatilpasningen hos trærne?

Alt i alt tyder disse forsøkene på at trærnes tilpasning til klima er mer fleksibel og kan gå raskere enn man skulle tro. Den dreier seg naturligvis om den gamle historien om arv og miljø, men den går altså begge veier. Genene påvirker treets reaksjon på klimaet og klimaet påvirker genenes aktivitet på kort (i treet) og lang sikt (hukommelse fra frøet).

Våre nordlige treslag har altså utviklet robuste tilpasninger som står seg godt mot naturlige svingninger, men hvordan dette vil påvirkes ved vedvarende mildere høster med endret konkurranseforhold mellom arter, se det er en annen sak.

Foreløpig har vi bare skrapet i overflata av trærnes hemmeligheter om hvordan de tilpasser seg klima og hva som vil skje i framtida med stadig varmere og våtere klima her i nord.  

Referanser:

E. Carero mfl: «The epigenetic memory of temperature during embryogenesis modifies the expression of bud burst-related genes in Norway spruce epitypes», Planta (2017) 246: 553. doi.org/10.1007/s00425-017-2713-9

J.E. Olsen: Light and temperature sensing and signaling in induction of bud dormancy in woody plants. Plant Mol Biol (2010) 73: 37. doi.org/10.1007/s11103-010-9620-9 Sammendrag

C.B. Strømme mfl: «UV-B and temperature enhancement affect spring and autumn phenology in Populus tremula», Plant, Cell & Environment (2014) 38:867-877 DOI: 10.1111/pce.12338

C.B. Strømme mfl: «High daytime temperature delays autumnal bud formation in Populus tremula under field conditions», Tree Physiology (2017) 37:71-81 doi.org/10.1093/treephys/tpw089 Sammendrag

C.B. Strømme mfl: «Boreal tree growth and phenology under multi-factor climate change:  the dioecious Populus tremula displays interactive effects of temperature and ultraviolet-B along a natural gradient», Environmental and Experimental Botany in press