Hvor fort tikker artsdannelsesklokka?

Nytt toppforskprosjekt ved Naturhistorisk museum skal undersøke om selvpollinering kan føre til kjapp artsdannelse hos planter.

Botanikere skal studere artsdannelse hos planter på "himmeløyene" i Øst-Afrika. Her fra en basecamp på 3800 meters høyde i Virunga nasjonalpark (Uganda), med utsikt til vulkanene Gahinga, Sabyinyo og Karisimbi.

Foto: Magnus Popp

At arter forsvinner i et foruroligende høyt tempo, er viet mye oppmerksomhet. Men hvor kjapt kan nye arter dannes? Og hvordan foregår denne prosessen? Dette er sentrale spørsmål i det nye toppforskprosjektet SpeciationClock, ledet av Christian Brochmann ved Naturhistorisk museum.

Prosjektet er et av til sammen ni ved Universitetet i Oslo som er tildelt Toppforsk-midler fra Norges forskningsråd i 2018, og finansieres med 25 millioner kroner over de neste fem årene.

Professor i botanikk Christian Brochmann ved Naturhistorisk museum leder toppforskprosjekt på artsdannelse hos planter over de neste fem årene. Foto: Per Aas

For å besvare disse spørsmålene skal Brochmann, sammen med Anne Brysting ved Institutt for biovitenskap (UiO), studere evolusjon av plantearter på de isolerte fjelltoppene – "himmeløyene" - i Øst-Afrika.

Startet med et overraskende funn

Kimen for hele prosjektet finner vi imidlertid i en helt annen del av verden, i Arktis. Og det hele startet ved en tilfeldighet.

– Det går tilbake til det jeg regner som den største oppdagelsen i min karriere, da jeg krysset arktiske planter fra rublom-slekten under mitt doktorgradsarbeid, sier Brochmann.

Den gangen var det vanlig å undersøke hvor nært ulike arter var beslektet ved å krysse dem og se hvor fertilt avkommet var.

Under et rent kontrollforsøk krysset Brochmann også individer av samme art.

– I noen tilfeller var avkommet helt sterilt. Ingen frø ble utviklet. Det var motsatt av det jeg forventet, forklarer Brochmann.

Utviklingen av såkalte forplantningsbarrierer står helt sentralt i forskning på artsdannelse, altså årsakene til at to populasjoner ikke lenger kan krysses og gi fruktbart avkom, og dermed utgjør to separate arter.

Krysningsforsøk med arktiske planter i rublomslekten satte Brochmann på sporet av tematikken som nå utgjør toppforskprosjektet SpeciationClock. Her representert ved alperublom (Draba fladnizensis).

Hva kunne så forklare det overraskende funnet av slike barrierer mellom rublom-populasjoner som ser helt like ut og har hatt en felles forfar for bare kort tid siden?

– Dette var bare en liten del av mitt doktorgradsarbeid. Men jeg kunne ikke glemme dette rare funnet, og siden har jeg hatt tre doktorgradsstudenter som har fulgt opp dette som en sidelinje i min forskningsgruppe.

Fører selvpollinering til rask artsdannelse?

Senere observerte de det samme fenomenet i fire forskjellige plantefamilier, og Brochmann og hans kolleger tror i dag at det kan dreie seg om et generelt mønster i Arktis. Og foreløpige data tyder på at det kan ha noe med forplantningssystemet å gjøre.

– I Arktis forekommer ofte selvpollinering for å sikre frøsetting på tross av ustabil tilgang på insekter. Det er altså mye ekstrem innavl der oppe. Det er mulig at innavl raskt kan føre til genetiske krysningsbarrierer mellom populasjoner og altså fremskynde artsdannelsesprosessen.

Fra Arktis til ‘himmeløyene’ i Afrika

Når Brochmann og hans forskerteam nå forflytter seg fra arktiske områder til de seks høyeste fjelltoppene i Øst-Afrika, er det av helt spesielle årsaker.

For å kunne teste om selvpollinering framskynder artsdannelsesprosessen sammenliknet med krysspollinering, trenger forskningsgruppen et stort sett arter og populasjoner som har vært adskilt fra hverandre i forskjellige tidsrom.  

– Problemet med Arktis er at mange av plantene nylig har forflyttet seg langt på grunn av istidene og dermed har en ung populasjonsstruktur. Så vi måtte finne et system med mye variasjon i divergenstid mellom populasjonene, sier Brochmann.

Kan afrikanske høyfjell gi oss en pekepinn på hvor fort artsdannelsesklokka tikker hos planter? Bildet er tatt i Rwenzori-fjellene nær grensen mellom Uganda og Den demokratiske republikken Kongo. Foto: Magnus Popp

Fjelltoppene som skal undersøkes er isolert fra hverandre, ikke bare geografisk - de er omgitt av et "hav" av tropisk lavland med helt annerledes dyre- og planteliv. De fungerer dermed som et øysystem, ikke ulikt de ikoniske Galapagós-øyene i Stillehavet. Det kan gå alt fra tusen til hundretusener av år mellom hver gang et frø tilfeldigvis spres mellom fjellene med fugl eller vind.

– Innen samme art kan man finne veldig kort divergenstid mellom noen populasjoner og svært lang mellom andre, mye styrt av tilfeldigheter i frøspredningen. Dermed kan vi krysse populasjoner med ulik divergenstid.

– Og det er det vi trenger for å bestemme hastigheten på artsdannelsesklokka, og om den går fortere hos artene som selv-pollinerer mye.

Lobelia (Lobelia rhynchopetala) i solnedgang i Simen-fjellene i Etiopia, 3600 m over havet. Foto: Magnus Popp

Hjertebarn

Både Brysting og Brochmann har pågående, komplementære NFR-prosjekter på artsdannelse. Disse fungerer som utgangspunkt for det nye prosjektet.

– Temaet er et hjertebarn for meg, men har alltid vært et sidelinjeprosjekt. Nå har jeg sakte snevret inn min øvrige forskning slik at jeg kan konsentrere meg om dette.

– Prosjektet varer i fem år, og jeg fylte 65 i år. Så dette blir pensjoneringsprosjektet mitt, humrer Brochmann.

Emneord: artsdannelse, planter, evolusjon, Afrika, Arktis Av Tore Oldeide Elgvin
Publisert 9. apr. 2018 21:00 - Sist endret 10. apr. 2018 08:55