Kronikk: Grønt og glitrende paradigmeskifte

Under pynten på grantreet ligger dype hemmeligheter om betydningen av arv, miljø og vår evne til å tilpasse oss våre omgivelser.

Publisert
Ikke bare til pynt. Grana tilpasser seg omgivelsene raskere en hva klassisk genetikk skulle tilsi.
Ikke bare til pynt. Grana tilpasser seg omgivelsene raskere en hva klassisk genetikk skulle tilsi.

Et nypyntet juletre er et av høytidens mange vakre symboler. Nyere forskning knytter grantrærnes overlevelsesevne til det som kalles epigenetikk – selve møteplassen mellom arv og miljø.

Epigenetiske effekter gir grantrær, mennesker og andre levende vesener fleksibilitet til å tilpasse seg forandringer i omgivelsene raskere enn hva klassisk genetikk tilsier.

Oppå genene

At det du gjør i livet påvirker deg, er noe du vet. Men at ting du gjør eller blir utsatt for, slik som å spise for lite eller oppleve traumatiske hendelser, også skulle påvirke arvematerialet ditt, er kanskje nytt for deg?

Og hva med undersøkelsene som antyder at slike endringer også kan overføres til dine barn og barnebarn?

Kanskje er det ikke et enten-eller, svaret på spørsmålet om arv eller miljø? Kanskje er det begge deler. Vi er prisgitt genene som ble overgitt oss fra unnfangelsen, men samtidig kan de påvirkes av vår egen adferd og av miljøet rundt oss.

De siste årenes forskning har vist at noe som kalles epigenetikk (”oppå genene”) kan være stedet der arv og miljø møtes. Samspillet mellom arv og miljø kan gjøre organismen bedre i stand til å tilpasse seg omgivelsene.

Pakkes tettere

Epigenetikk er reversible endringer av arvestoffet, slik at genmaterialetblir mer eller mindre lesbart for cellene. Selve DNA-sekvensen forandres ikke, og modifiseringene overføres vanligvis ikke fra en generasjon til neste.

Noen av disse endringene fører for eksempel til at genene pakkes tettere av modifiserte proteiner. Genene blir «låst fast» og gjort mindre tilgjengelige for lesing for cellenes kopimaskiner, akkurat som det ikke er mulig å lese fra sider i en bok som er limt sammen.

Hos mennesker og andre pattedyr kan miljøfaktorer under fosterutviklingen, traumatiske opplevelser i barndommen og adferdsfaktorer som kosthold og røyking, forårsake epigenetiske modifiseringer av arvematerialet.

Miljøet kan påvirke hvor lett gener som har betydning for sykdom og stresstoleranse blir skrudd av eller på. På denne måten kan dine oppvekstvilkår ha innflytelse på genene dine, uten at gensekvensen endres.

Nærmest kjettersk

I januar 2010 hadde ukebladet Time en lengre artikkel om epigenetiske fenomener, blant annet fra en undersøkelse av befolkingen i Överkalix i Nord-Sverige.

Forsker Lars Olov Bygren fant en sammenheng mellom hvor mye mat barn på 1930-tallet hadde spist, og levealderen til deres barnebarn. Det viste seg at barnebarna (gutter) til de som hadde spist mye i barndommen levde kortere enn barnebarna til dem som hadde spist lite.

Pollen fra hannblomstene bestøver hunnblomsten. Under dannelse av frøet er det mottakelig for impulser fra omgivelsene – slik som temperatur og daglengde – impulser som kan prege planten for resten av livet.
Pollen fra hannblomstene bestøver hunnblomsten. Under dannelse av frøet er det mottakelig for impulser fra omgivelsene – slik som temperatur og daglengde – impulser som kan prege planten for resten av livet.

Å påstå slike miljøeffekter på gener og arv var tidligere nærmest kjettersk i forhold til klassisk genetikk og evolusjonsteori, men i dag er det altså studier som antyder på at vi ikke lenger kan se bort fra en slik sammenheng.

Hoppende gener

Disse spektakulære epigenetiske fenomenene ble først oppdaget i planter. Den amerikanske forskeren Barbara McClintock fant for over 60 år siden såkalte hoppende gener (DNA-biter som beveger seg rundt i arvematerialet) som ga ulik farge på maiskorn.

For dette arbeidet fikk hun Nobelprisen i 1983, over 30 år etter at oppdagelsen ble publisert. I dag foregår fremdeles mye av forskningen på epigenetikk på planter.

Trær er de levende vesenene som lever lengst. Enkelte furuarter kan bli opptil 5 000 år gamle. Siden de må tåle mange slags ulike miljø i løpet av sitt liv, er kanskje dette de organismene som trenger epigenetiske mekanismer mest.

Gran er vårt vanligste skogstre, og danner grunnlaget for en industri som hadde over 40 milliarder i omsetning i 2009.

Grana har etter siste istid spredt seg raskt over store områder, og mye av årsaken til dens suksess og tilpasningsevne kan skyldes nettopp epigenetiske mekanismer.

Når nettene blir lange og kulda setter inn – skal trær overleve Norges barske vinterklima må veksten avsluttes i tide før høstfrosten setter inn.
Når nettene blir lange og kulda setter inn – skal trær overleve Norges barske vinterklima må veksten avsluttes i tide før høstfrosten setter inn.

For skogeiere og treforedlingsindustrien er granas tilpasningsevne av stor betydning. Godt tilpassede trær gir sagtømmer av høyere kvalitet, raskere vekst og større karbonbinding, i tillegg til større motstandskraft mot sykdommer og barkbilleangrep.

Skyt seint og gå i dvale tidlig

Studier av planters vekstrytme kalles fenologi, og har vært studert i Norge helt siden 1840-tallet, da distriktslege i Christiania H. C. Printz gjennomførte systematiske registreringer av tidspunkt for blomstring og løvsprett.

Granas fenologi er avgjørende for dens overlevelse og evne til å spre sine gener. For grantrær gjelder det å ikke skyte nye skudd for tidlig om våren, på grunn av faren for vårfrost, men samtidig avslutte veksten i tide om høsten, før nettene blir lange og kulda setter inn.

I utgangspunktet skulle man ikke tro at gran tilpasser seg raskt til klimaforandringer – den har et lengre livsløp enn oss mennesker, og får ofte ikke ”barn” før i 30-40-årsalderen eller senere.

Ifølge klassisk mendelsk genetikk vil det derfor ta mange generasjoner og dermed meget lang tid før grantrærne kan tilpasse seg et endret klima. Virkeligheten viser at grantrærne tilpasser seg overraskende raskt.

Syd-tyskere ble trøndere

Etterkommere etter grantrær fra Syd-Tyskland som ble plantet i Midt-Norge på 1960-tallet klarer seg overraskende godt i møtet med nordtrønderske oppvekstvilkår – inkludert korte somre med lange dager.

Det tysk-trønderske avkommet tilpasser seg nesten like godt som de lokale heimfødinger, uten å måtte gå gjennom flere generasjoner med seleksjon.

Dette ble oppdaget av forskere ved Skog og landskap allerede på 1980-tallet, og først nå i de senere år har det blitt klart at ikke bare klassisk seleksjon, men også epigenetiske fenomener kan forklare disse sammenhengene.

Men hva er det egentlig som skjer, det skulle jo tatt flere hundre år å gjøre trønder av en syd-tysker?

Mykje lys og mykje varme…

Som mange andre oppdagelser innen forskningen, skjedde også denne ved en tilfeldighet - som et sideprosjekt til et annet studium.

Det viste seg at nettopp temperaturen under frøutviklingen preger embryoet i granfrøet via en epigenetisk mekanisme.

Forsøk på genetisk sett identiske granfrø (kloner), produsert fra cellekulturer ved ulik temperatur, viser at miljøbetingelser under frødannelsen påvirker hvordan det voksne treet registrerer daglengden, og dermed hvor godt det overlever i naturen.

Dette er ikke en forbigående effekt, den sitter i resten av treets levealder. Trær med en varm embryoutvikling bryter knopp om våren tidligere og setter knopp om høsten seinere enn de med en kald oppvekst – selv om frøene genetisk sett er like.

Forandret kun styrken på uttrykket

Det er viktig å være klar over at det maskineriet som gir epigenetiske forandringer er kodet for av gener, og at dette maskineriet dermed er arvbart.

Derfor ser vi at noen organismer har et rikt utvalg av egenskaper som kan påvirkes epigenetisk, mens andre har det i mindre grad. Den epigenetiske effekten forandrer kun hvor sterkt genene kommer til uttrykk, ikke den underliggende gensekvensen.

Somatiske embryoer fra gran, de er genetisk sett identiske.
Somatiske embryoer fra gran, de er genetisk sett identiske.

Det er derfor ikke snakk om de diskrediterte forklaringsmodellene i lamarckisme eller lysenkoisme.

Darwins hypoteser, den moderne genetikken og DNA-teknologien viser uomtvistelig arvematerialets og genenes utvetydige betydning for egenskaper, og at genene gir grunnlag for seleksjon (natural selection).

Paradigmeskifte

Epigenetiske mekanismer kan være selve overgangen mellom de genene som ligger fast i oss fra vi unnfanges til vi går i graven, og tilpasningene vi gjør til det stadig skiftende miljøet rundt oss.

At gener også koder for fleksibilitet i vår evne til å tilpasse oss representerer et paradigmeskifte innen biologien, det utfordrer vår oppfatning av arv og miljø og får vidtrekkende konsekvenser for vår forståelse av oss selv som mennesker, og av naturen rundt oss.

Så når du kaster juletreet ut av stua etter endt julefeiring, kan du gjøre det med respekt for dets indre egenskaper.

Før det havnet i din stue hadde det tross alt klart seg i konkurransen med andre planter i millioner av år og motstått angrep fra barkebiller, sopp og bakterier – kanskje nettopp på grunn av sin gode molekylære hukommelse.