Hvordan kan to planter, der ikke er i familie og lever tusindvis af kilometer fra hinanden, ende med at producere den samme giftige forbindelse? Det spørgsmål har fået forskere til at se dybere i planternes genetiske motor – og svaret har overraskende forbindelser til planter og dyr, vi kender fra de skandinaviske skove og fjelde.

Forskere fra Max Planck Instituttet i Jena har netop kortlagt hele biosyntesevejen bag ipecacuanha-alkaloider – stoffer der findes i både Carapichea ipecacuanha (ipecac) og Alangium salviifolium (salviebladet alangium). Det bemærkelsesværdige? De to planter er ikke i familie og har ikke haft fælles stamfader i over 100 millioner år. Alligevel har de udviklet nøjagtig de samme kemiske forsvarsstoffer – et klassisk eksempel på konvergent evolution.

Konvergent evolution opstår, når forskellige arter uafhængigt udvikler ens egenskaber som respons på lignende miljøpres. Det er ikke kun et fænomen for planter i troperne. Det ses også blandt nordiske arter – eksempelvis Pinus sylvestris (skovfyr), som har udviklet robuste, brandresistente barktyper svarende til de nordamerikanske ponderosafyrrer. Begge har tilpasset sig tørre, kolde omgivelser og næringsfattige jorde på næsten identiske måder – uden nogen genetisk forbindelse.

En anden plantegruppe med en bemærkelsesværdig konvergens er lav og mos i den nordskandinaviske tundra. Disse overlever i ekstreme miljøer, præget af frost og næringsmangel, ligesom ørkenplanter som sukkulenter og kaktus. Ligesom ipecac-planterne har de udviklet biokemiske forsvarssystemer, der aktiveres først, når de angribes – fx ved at opbevare giftige enzymer og substrater adskilt i cellen, indtil plantevævet ødelægges af græssende dyr.

I det nylige studie, ledet af Maite Colinas fra Max Planck Instituttet, blev det også opdaget, at den første fase i dannelsen af ipecacuanha-alkaloider sker helt spontant – altså uden hjælp fra enzymer. Det er særligt usædvanligt i plantebiokemi. Senere i syntesen fandt forskerne en sjælden sukkerkløvende enzymtype, som ellers ikke er kendt fra denne type naturlige produkter. Det enzym er placeret i plantens cellekerne, mens dets mål er i vakuolen – endnu en metode, planten bruger for at undgå selvforgiftning. Den samme mekanisme er tidligere beskrevet hos planter med indole alkaloider og glukosinolater, herunder flere arter i nordens flora.

Sarah O’Connor, leder af forskningsafdelingen, udtaler: “Da biosyntesen af ipecac-alkaloider tydeligvis er opstået uafhængigt, fungerer dette som et modelstudie for forståelsen af evolutionen af naturlige biosynteseveje.” Forskningen har dermed ikke kun betydning for farmakologien – men også for vores forståelse af, hvordan planter som gran, lav og bregner i Skandinavien har udviklet identiske strategier som eksotiske slægtninge på den anden side af jorden.

Fremtidige studier skal afdække de sidste trin i syntesen af disse alkaloider. Det kan åbne for bioteknologisk produktion af stoffer som tubulosin – et stof med medicinsk potentiale, men som kun findes i bittesmå mængder i naturen. Med genteknologisk hjælp kan disse stoffer måske produceres i større mængder og dermed testes i behandling af sygdomme, også i Danmark.

Kilde: Max Planck Institute for Chemical Ecology

Ofte stillede spørgsmål

• Hvor mange planter har uafhængigt udviklet de samme stoffer?
  Det præcise antal kendes ikke, men konvergent evolution er påvist i flere dusin plantearter globalt, inklusive i Skandinavien.
• Hvad er fordelene ved konvergent evolution?
  Det giver arter mulighed for at overleve i ens miljøer ved at udvikle de samme effektive forsvar eller strukturer – trods forskellige genetiske udgangspunkter.
• Hvordan påvirker klimaændringer konvergent evolution?
  Klimaændringer kan fremme evolutionære pres, der fører til nye tilfælde af konvergens – især i ekstreme miljøer som Arktis eller tørre egne.