Nya coola vetenskapliga upptäckter – Sida 3

Växterna frodas när Sverige värms upp

Att jordens klimat i genomsnitt blir allt varmare har väl inte gått någon förbi. Och särskilt snabbt går det längst upp i norr, även om det inte alltid känns så när man väntar på att våren ska komma. Man kan ju tycka att ett varmare klimat borde innebära att fler växter trivs här uppe i Norden, och att de dessutom borde växa bättre. Men har detta hänt i verkligheten eller är det bara önsketänkande?

Forskare från ett flertal länder publicerade nyligen en artikel i Nature Climate Change om detta. De har studerat hur växternas tillväxt och temperaturskillnaden mellan årstiderna har förändrats på de norra delarna av jordklotet över 30 år, från 1982 till 2011. De skiljde på det boreala området (65-45 grader nordlig latitud plus skogen längre norrut) och det arktiska området (från 45 grader nordlig latitud till norra ishavet plus tundra längre söderut). De använde sig dels av mätningar på själva marken och dels av satellitbilder, och förändringarna de fann visade sig vara stora.

Temperaturskillnaden mellan sommar och vinter i de arktiska områdena 2011 liknade de som rådde 4 breddgrader längre söderut 30 år tidigare. För de boreala områdena motsvarade skillnaden 5 breddgrader. För vegetationens tillväxt var motsvarande siffror 7 breddgrader för de arktiska och 6 breddgrader för de boreala områdena. Avståndet mellan min nuvarande hemstad Uppsala och min barndomsstad Boden är 6 breddgrader, vilket ger en uppfattning om hur stora skillnader vi talar om.

Bilden kommer från NASA. Gul färg betyder att växternas tillväxt inte förändrats

över tiden. Grön färg betyder att växternas tillväxt har ökat ca 5% per decennium

och rött anger en lika stor minskning. Blått betyder en ökning med ca 10% per

decennium. Sverige är mest grönt med lite inslag av blått.

Årstiderna här i norr har alltså förändrats ganska mycket under de senaste 30 åren. Forskarna har också använt klimatmodeller för att försöka förutsäga vad som kommer att hända i framtiden. De kom fram till att vid slutet på detta sekel kommer temperaturerna att motsvara de som rådde 22 breddgrader längre söderut under 1951-1980. Klimatförutsägelser varierar dock beroende på vem man frågar. Forskarna är visserligen överens om att klimatet på jorden som helhet kommer att bli varmare, men hur mycket varmare det blir och vad som kommer att hända på lokal nivå är oklart. Det är också svårt att förutsäga vad varmare temperaturer betyder för växtligheten. Växterna påverkas ju också av t.ex. vattentillgång, hur ofta det brinner och förekomsten av skadeinsekter.

Referenser:

Xu och Myneni med kollegor. Temperature and vegetation seasonality diminishment over northern lands. Nature Climate Change, publicerad online (innan tryck) 10 mars 2013. DOI: 10.1038/NCLIMATE1836

NASA. Amplified Greenhouse Effect Shifts North’s Growing Seasons

Se också Plants March North av Liz O’Connell på SciLogs

Namiböknens älvringar avslöjade

De flesta artiklar som publiceras i Nature och Science är väldigt avancerade och berör ofta något politiskt aktuellt eller medialt gångbart ämne, men fortfarande dyker det ibland upp lite mer udda historier. Norbert Juergens publicerade en artikel i veckans nummer av Science (vol. 339, s. 1618) med titeln The Biological Underpinnings of Namib Desert Fairy Circles, d.v.s. den biologiska orsaken till Namiböknens älvringar.

Älvringarna i fråga är cirkelformade hål i vegetationen, där mitten av hålet helt saknar växter. Fenomenet påminner en aning om de häxringar som förekommer i svenska trädgårdar och orsakas av svampar, men i häxringar är inte mitten av ringen tom. Vad som orsakat de namibiska älvringarna har tydligen hittills varit ett mysterium. Norbert noterade att älvringarna enbart förekommer på sandiga jordar och verkar fungera som vattenreservoarer under torrperioderna. Vattnet sugs upp av de perenner som växer i en ring runt den bara jorden i mitten.

Norbert misstänkte att fenomenet måste orsakas av något levande och han började noggrant notera vilka djurarter som förekommer i älvringarna. En sandtermit (Psammotermes allocerus) visar sig vara den enda som alltid är närvarande, och den finns dessutom även i älvringar som precis börjat bildas. Sandtermiten gräver sig ner i jorden och äter växtrötterna inne i älvringen, vilket dödar alla växter som försöker växa där. Den fortsätter även att med tiden utöka storleken på älvringen genom att äta av rötterna på växterna längst in. Resultatet av termitens ätande är inga ettåriga växter kan etablera sig på den bara jorden när regnen kommer, och perennerna längs ringkanten skyddas därmed från konkurrens. Gångarna den gräver gör också att vatten lättare tränger ner i jorden när det regnar.

Vad Norbert inte testade var att som ett experiment tillsätta sandtermiten på ett nytt ställe med rätt sorts jord och se om detta får älvringar att bildas även där, vilket skulle ha stärkt hans bevisföring i ämnet. Norberts teori är alltså att termiten är en liten jordbrukare som odlar och försvarar sitt matförråd, eller som Norbert kallar det, den utövar ”active ecosystem engineering”. Kombinationen vatten, frodig växtlighet och småkryp drar även till sig andra arter, så dessa älvringar är närmast små oaser i öknen.

Kronbladen körde fast

I decennier har forskare som försöker ta reda på hur växtkroppen bildas fokuserat stenhårt på generna, men på senare tid har det börjat dyka upp en del intressanta artiklar som lyfter fram de mekaniska krafternas betydelse. En sådan dök upp i senaste numret av Plant Physiology, där japanska forskare studerat muterade backtravsplantor (Arabidopsis thaliana) där kronbladen fastnar mellan foderbladen och ståndarna och inte lyckas växa ut ordentligt. Istället knycklas de ihop och resultatet ser ut ”som bokstaven N” enligt forskarna. Det är väldigt trångt mellan foderbladen och ståndarna även i normala blomknoppar, men där har kronbladen ändå inga problem att knuffa sig fram och växa förbi både foderblad och ståndare. Forskarna testade att plocka bort mutantens foderblad, och det löste problemet. Det tyder på att deformationen av kronbladen verkligen orsakades av att de rent fysiskt fastnade mellan foderbladen och ståndarna och inte av själva mutationen. Varför fastnade då kronbladen i de mutanta blommorna?

Forskarna döpte mutanten till folded petals 1 (fop1) vilket betyder ungefär vikta kronblad, mutant nummer 1. Det visade sig att fop1 har en mutation i en gen som heter WSD11 (och numera också FOP1). WSD11 tillhör en genfamilj som är känd för att vara inblandad i tillverkningen av vax och fett (triglycerider), vilket gav forskarna idén att WSD11 skulle kunna vara inblandad i att tillverka smörjmedel på ytan av kronbladen. Avsaknaden av detta smörjmedel i mutantens blommor skulle kunna förklara varför dess kronblad fastnar. Forskarna kunde visa att proteinet WSD11 verkligen är närvarande i det yttersta cellagret i växande kronblad, vilket stärker hypotesen. De presenterar dock inga faktiska bevis för vad denna gen har för funktion, utan hypotesen är baserad på funktionen hos liknande gener. En alternativ förklaring som författarna själva för fram är att WSD11 skulle kunna göra kronbladens celler mer rigida istället. Vad genens funktion än är så visar studien att fysiskt utrymme och friktion mellan närliggande organ är viktiga faktorer vid bildandet av nya organ, vilket är något som forskare i allmänhet inte tänkt särskilt mycket på.

Referens: Takeda m.fl. (2013) Physical Interaction of Floral Organs Controls Petal Morphogenesis in Arabidopsis. Plant Physiology 161, s. 1242

Människor har bakat i över 20 000 år

Man vet egentligen inte så mycket om detaljerna kring vad människor i olika miljöer åt innan de började med jordbruk och boskapsskötsel, vilket dyker upp på flera olika ställen för ungefär 10 000 år sedan och därefter under några tusen år spred sig till de flesta av jordens befolkningar. Det enda man egentligen vet med säkerhet är att människorna naturligtvis inte åt domesticerade arter, eftersom några sådana ännu inte fanns. Många brukar tolka detta som att de tidiga stenåldersmänniskorna åt mycket lite stärkelse i form av gräsfrön och rötter, eftersom dessa visserligen är energirik men också arbetskrävande och ganska smaklös mat. De ska istället huvudsakligen ha levt på animalisk föda kompletterad med lite bär, frukter, nötter och andra lättsmälta växtdelar.

Det är möjligt att gräsfrön inte var någon populär favoritmat under den senaste istiden, men faktum är att folk trots detta verkar ha bearbetat och ätit gräsfrön och rötter i ganska stor skala i 10 000 – 20 000 år innan de började domesticera växter och praktisera jordbruk. Under ganska många år nu har det med spridda mellanrum dykt upp rapporter från arkeologiska studier, där forskare har hittat riktigt gamla redskap som människor har använt för att mala (eller kanske snarare mortla) mjöl. I Australien malde folk frön redan för 30 000 år sedan. I Israel utgjorde gräsfrön, inklusive vilda förfäder till vete och korn, basföda och åts i stora mängder för 23 000 år sedan. Även de tidiga israeliterna verkar ha malt gräsfröna till mjöl, och det finns dessutom lämningar som tyder på att de haft ugnar där de möjligen bakat bröd. Också i Europa malde man mjöl för 30 000 år sedan, men där verkar det ha varit populärare att använda stärkelserika rötter som råvara. Nu har det kommit ytterligare en studie i ämnet, denna gång från Kina. Där malde man diverse växter för drygt 20 000 år sedan. Dessa inkluderade gräsfrön från bl.a. vilda hirsarter, bönor och rotfrukter som jams och andra arter som idag används som medicinalväxter.

Dessa studier bygger oftast på att man studerat växtrester och ibland även karaktäristiska repor och mönster på de stenverktyg som använts för att mala växtdelarna. Att människor faktiskt malde mjöl på växter i flera olika världsdelar tiotusentals år innan de blev bofasta och började med jordbruk är tydligt. Detta bevisar dock strikt sett inte att människorna verkligen använde mjölet till just matlagning. Men det är ju onekligen svårt att förstå varför de annars lade ner så mycket arbete på att samla in, förbereda och mala dessa växter, om de inte tänkte äta dem.

Referenser:

Fullagar & Field. (1997) Pleistocene seed-grinding implements from the Australian arid zone. Antiquity 71(272), s. 300

Weiss m.fl. (2004) The broad spectrum revisited: Evidence from plant remains. PNAS 101(26), s. 9551

Piperno m.fl. (2004) Processing of wild cereal grains in the Upper Palaeolithic revealed by starch grain analysis. Nature 430, s. 670

Revedin m.fl. (2010) Thirty thousand-year-old evidence of plant food processing. PNAS 107(44), s. 18815

Liu m.fl. (2013) Paleolithic human exploitation of plant foods during the last glacial maximum in North China. PNAS. Artikeln är tillgänglig online från 18 mars 2013 i väntan på publicering i själva tidsskriften, DOI: 10.1073/pnas.1217864110 (se kort sammanfattning på vetenskapsradion)

Mykorrhizasvampar ökar skörden

Såg på vetenskapsradions nyhetssida (se också Klotet) att forskare från Schweiz och Colombia tillsammans har kommit fram till att om man preparerar kassavarötterna med extra effektiva mykorrhizasvampar kan man öka skörden med 20% samtidigt som behovet av konstgödsel minskar. Nu kommer detta från en konferenspresentation och inte en publicerad vetenskaplig rapport, så det ska betraktas som preliminära resultat, men det är ändå intressant.

Växter kan med hjälp av fotosyntesen lagra solens energi i form av kolhydrater, som sedan används som byggstenar och energiförråd både av dem själva och av växtätare som djur och svampar. Det behövs dock mer än bara kol, syre och väte för att bygga en kropp. En mycket viktig ingrediens är fosfor, som bland annat ingår i DNA och i de fetter som bygger upp cellernas membran. Växtrötter kan ta upp fosfor själva från jorden i form av oorganiskt fosfat. Problemet är att dessa fosfater har en tendens att fastna i jorden, vilket gör det svårt för rötterna att komma åt dem. Detta är en anledning till att det behövs så mycket konstgödsel för att odla växter.

Majoriteten av alla växter tar dock inte upp särskilt mycket fosfor själva. Istället betalar de en svamp för att göra jobbet åt dem. I den symbios som kallas mykorrhiza tränger svampen in i växtens rot och ger växten näringsämnen (främst fosfor) den tagit upp från jorden. I utbyte får den kolhydrater. Vissa mykorrhizasvampar är till och med så beroende av denna symbios att de bara växer om de har kontakt med rötter, vilket är ganska opraktiskt för forskare som vill studera dem på labbet.

Nästan alla växter har mykorrhizasvampar i sina rötter. Till och med växter som inte har några riktiga rötter utan bara jordstammar (rhizom) eller liknande strukturer samarbetar ändå på detta sätt med mykorrhizasvampar. Faktum är att mykorrhiza verkar vara ett samarbete med extremt gamla anor. Det finns fossila rötter från devonperioden för ungefär 400 miljoner år sedan som innehåller mykorrhizasvampar, och både sporer från tidiga landväxter och från mykorrhizasvampar har hittats från ordovicium. Det senare bevisar i och för sig inte att själva symbiosen verkligen fanns på den tiden, men idén är inte ny. Redan 1975 lanserade Pirozynski och Malloch idén att det krävdes en symbios med en svamp för att växterna skulle kunna ta steget upp på land. Tanken byggde på att när de tidiga växterna flyttade upp på land var jordarna fortfarande för dåligt utvecklade för att växterna skulle kunna ta upp tillräckligt med näring på egen hand. Kanske borde vi inte tänka på växter som individer utan snarare som ett nätverk av sammankopplade växter och svampar…

Hur som helst är det absolut dags att börja tillämpa kunskaperna om mykorrhiza i större skala inom alla sorters växtodling, både i trädgården och på åkern.

För den som vill lära sig om mykorrhiza:

Smith och Read (2008) Mycorrhizal symbiosis, 3:e uppl., Academic Press

Referenser (evolution):

Pirozynski och Malloch (1975) The origin of land plants: a matter of mycotrophism. BioSystems 6, s. 153

Remy m.fl. (1994) Four hundred-million-year old vesicular arbuscular mycorrhizae. PNAS 91, s. 11841

Krings m.fl. (2007) Fungal endophytes in a 400-million-yr-old land plant: infection pathways, spatial distribution, and host responses. New Phytologist 174, s. 648

Redecker m.fl. (2000) Glomalean fungi from the Ordovician. Science 289, s. 1920

Wellman m.fl. (2003) Fragments of the earliest land plants. Nature 425, s. 282

Blommor och humlor kommunicerar med elektricitet

Blommor ökar sina chanser att bli pollinerade genom att sända ut signaler som når flera olika sinnen samtidigt hos deras pollinerare. Djuren ser färger och former, de luktar på dofterna och deras känsel ger dem information om ytstrukturen. Nu har forskarna upptäckt att humlor har ytterligare ett sinne som de använder för att kunna känna igen blommor. De kan känna formen på blommornas elektriska fält.

Flygande insekter som t.ex. humlor är normalt positivt laddade medan blommor har negativ elektrisk potential. Det finns därför en elektrisk spänning mellan de två när de befinner sig nära varandra. Det är känt sedan tidigare att elektriska fält hjälper till att överföra pollen, och att blommans elektriska potential förändras när den blivit pollinerad. Vad som inte var tidigare känt är att humlor kan avläsa formen och styrkan på blommors elektriska fält och använda denna information för att hitta blommor som ger bra med mat.

Växer är naturligtvis jordade via kontakten med marken, men det finns ändå tillräcklig potentialskillnad mellan blommorna och atmosfären för att ett elektriskt fält ska uppstå. Formen på detta fält beror på blommans form, och skiljer sig alltså åt mellan olika typer av blommor. Det visade sig att humlor kan lära sig känna igen blommor som ger bra med mat baserat enbart på skillnader i blommornas elektriska fält. Dessutom påverkas blommans elektriska potential när det kommer i kontakt med en humla, vilket skulle kunna tala om för nästa humla som kommer flygande att ”här har nyss någon annan varit och ätit”. Den ändras som sagt också när blomman pollinerats, vilket antagligen betyder ”nu är maten slut”.

Dominic Clarke, Heather Whitney, Gregory Sutton och Daniel Robert. Detection and Learning of Floral Electric Fields by Bumblebees. Science, 21 februari 2013. DOI: 10.1126/science.1230883

Se också vetenskapsradion.