Hvordan landplanter overlevede miljømæssige stressfaktorer gennem 600 millioner års evolution

Uden planter på landjorden ville menneskelivet på Jorden ikke være muligt. Fra mosser og bregner til græsser og træer udgør planter vores føde, foder og tømmer. Denne mangfoldighed stammer fra en algeforfader, der for længe siden erobrede landjorden. Landplanternes succes er bemærkelsesværdig, da de har måttet tilpasse sig et habitat med hurtigt skiftende miljøforhold og stressfaktorer. For at overleve har planter udviklet et omfattende molekylært maskineri til at sanse og reagere på disse udfordringer.

Et forskerteam ledet af Göttingen Universitet har sammenlignet alger og planter, der repræsenterer 600 millioner års uafhængig evolution, og ved hjælp af avancerede bioinformatiske metoder identificeret et fælles netværk for stressrespons. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications.

De nærmeste algemæssige slægtninge til landplanter er de filamentøse og encellede konjugerende alger, kendt som zygnematophyter. Disse organismer har fået stor opmærksomhed, da sammenligning af data mellem landplanter og disse alger kan spore tilbage til de allerførste planter på land. Et centralt spørgsmål er, hvordan de tidligste landplanter overvandt de terrestriske stressfaktorer. For at undersøge dette genererede forskerteamet hundredvis af prøver fra et mos-modelsystem og to zygnematophyte-alger, der blev udsat for miljømæssige stressfaktorer fundet på land.

Ved hjælp af højkapacitetssekventering af aktive gener og profilering af de forbindelser, der produceres af mosser og alger under stress, opnåede de et omfattende billede af, hvordan organismerne reagerer på udfordringer over en tidsperiode på flere timer. Ved at kombinere evolutionær analyse med statistisk modellering og maskinlæringsmetoder blev et fælles netværk af genregulering forudsagt.

Professor Jan de Vries fra Göttingen Universitet, som ledede forskningen, forklarer: “En af de store overraskelser var, at vi fandt flere stærkt forbundne gener – kendt som ‘knudepunkter’ – i netværket delt af disse meget forskellige organismer, der faktisk skiltes fra hinanden evolutionært set for omkring 600 millioner år siden. Disse knudepunkter ser ud til at samle information og forme den overordnede netværksrespons.”

Dr. Tim Rieseberg, førsteforfatter af studiet og også ved Göttingen Universitet, tilføjer: “Nu har vi et omfattende datasæt af stressresponser, der kombinerer genetisk og biokemisk information, som kan udforskes yderligere for dets fysiologiske indvirkning på tværs af plantediversitet.”

Denne forskning kaster lys over de evolutionære mekanismer, der har gjort det muligt for planter at kolonisere landjorden og tilpasse sig skiftende miljøforhold. For danske forskere og landmænd er forståelsen af planters stressresponser afgørende for at udvikle afgrøder, der kan modstå klimaændringer og andre miljømæssige stressfaktorer.

I Danmark er biodiversiteten under pres. Ifølge en rapport fra Aarhus Universitet er der en fortsat tilbagegang for halvdelen af de undersøgte indikatorer for arter, levesteder og processer i ni danske økosystemer, mens kun 12 % viser fremgang eller stabil udvikling. For resten er udviklingen ukendt, hvilket samlet set indikerer, at biodiversiteten i Danmark er i fortsat tilbagegang.

Desuden har flere end 340 dyre- og plantearter været uddøde i Danmark siden 1850, primært fordi deres levesteder er blevet ødelagt eller helt forsvundet. For eksempel er perlemorrandøje, en sommerfugleart, forsvundet på grund af tilgroning og omdannelse af skovlysninger til plantageskov.

For at vende denne negative udvikling er der behov for en målrettet indsats for at bevare og genoprette levesteder samt fremme en rigere biodiversitet. Dette inkluderer at skabe sammenhængende naturområder, reducere næringsstofbelastningen og genindføre nøglearter, der kan hjælpe med at opretholde sunde økosystemer.

Ofte stillede spørgsmål:

Hvad er varmechokproteiner, og hvilken rolle spiller de i planters stressrespons?

Varmechokproteiner (HSP) er en gruppe af proteiner, der produceres af celler som reaktion på stressfaktorer som høj temperatur. De fungerer som molekylære chaperoner, der hjælper med at beskytte og reparere beskadigede proteiner, hvilket er afgørende for cellens overlevelse under stress.

Hvordan påvirker klimaændringer planters evne til at tilpasse sig deres miljø?

Klimaændringer, især stigende temperaturer og ændrede nedbørsmønstre, kan påvirke planters evne til at tilpasse sig deres miljø. Planter i visse regioner, såsom Centraleuropa, mangler muligvis de nødvendige genetiske egenskaber til at overleve i et varmere og tørrere klima, hvilket gør dem mere sårbare over for klimaændringer.

Hvilke tiltag kan fremme biodiversiteten i danske landbrugsområder?

For at fremme biodiversiteten i danske landbrugsområder kan landmænd integrere områder, hvor dyr og planter kan leve og søge føde. Dette kan inkludere bevaring af blomstrende græsarealer, etablering af læhegn og mindre vådområder.

Kilde: University of Göttingen