Trær kommuniserer også

  • Trær kommuniserer også
    Foto
    Håkon Sparre

Riktignok ikke med deg, men med seg selv, med andre trær og med organismer i jorden. Inne i treet skjer det overføring av signaler i stor skala slik at hver lille bit av treet gjør akkurat slik som det skal.

Trær kommuniserer også

Det er ikke tilfeldig at en bjørk ser ut som en bjørk. Genetikken til treet sørger for at celler deler seg akkurat når de skal, og der de skal, slik at treet får sitt karakteristiske utseende.  Kommandosentralene befinner seg i vekstpunktene i spissen på hovedstammen, hvor signaler koordineres i stor stil til hver lille sideknopp i treet. Også cellene som befinner seg ved siden av hverandre kommuniserer seg imellom.

─ Vekstpunkt er et bemerkelsesverdig senter for cellefornying og informasjon om hva slags grein- og bladmønster treet skal ha, sier professor Christiaan van der Schoot ved NMBU.

Sammen med kollega Päivi LH Rinne skal Van der Schoot under barken for å åpne en ny arena av forskning på trær.

Treets hemmelige signalbane
Inne i treet foregår det en ivrig kommunikasjon mellom delene i treet,  hvert fall i vekstsesongen. Det er et komplekst system av signaler som sendes hit og dit for å organisere når sideknopper skal springe ut, blader skal dannes, og greiner skal vokse.

At treet sender signaler til vekstpunkter er noe forskerne har visst lenge, men hvordan det skjer har til nå vært treets hemmelighet. Med et nytt forskningsprosjekt som basis, skal forskerne avsløre den til nå hemmelige kommunikasjonen.

Det gjør de ved å undersøke popler, som er forholdsvis vanlige trær i nordlige strøk. Popler har et langt livsløp, og de går i dvale om vinteren.

─ Popler er et modelltre for alle løvtrær og flerårige treaktige vekster fordi alle genene til poplene er kartlagt. Det betyr at vi kan finne frem til genene som påvirker en kjent egenskap og studere hvordan de styrer prosessene som fører til denne egenskapen, sier van der Schoot.

Kommunikasjon og signaler
Det første fasen i et ungt poppeltres liv er avgjørende for hvordan det senere går med treet. Det vokser så fort det kan og vil investere alt i å få mest mulig lys. Vekstpunktet på spissen til skuddene består av en gruppe små celler som deler seg raskt og bestemmer hvor og om sideskuddene blir aktive, og det bestemmer forgreningsmønsteret.

─ Treet produserer mengder av blader med nesten matematisk presisjon som er plassert rundt stammen og grenene på en artsspesifikk måte, sier en entusiastisk van der Schoot.

─ Men hvordan vet knoppen at den skal springe ut til en bestemt tid for å lage dette artsspesifikke mønsteret, undrer van der Schoot.

Selv om forskerne vet en del om signaler som skjer i årlige planter, så mangler en altomfattende modell. Nå har tiden kommet til å se på signalsystemet til trær som er samfunnsmessig og økonomisk viktig.

Rørleggerperspektiv
I prosjektet vil forskerne ta i bruk en ny tilnærming.

─ Vi foreslår et rørleggerperspektiv, hvor vi fokuserer ikke bare på signaler, men også på de kanalene som transporterer signalene til sine mål, sier van der Schoot.

Spørsmålet forskerne stiller seg er at for å kunne forme en gren, så må en knopp etablere en kobling med stammen gjennom plantens kommunikasjonskanaler for å få vite når den skal bli aktiv og lage en kvist og for å importere sukker som drivstoff for den voksende sideknopp.

For også vekstpunktcellene kommuniserer kontinuerlig med hverandre, ved at de oppgir sin posisjon og oppdrag videre til andre naboceller.

─ Hvis en celle skal ha funksjonen A og en annen B, så må de kommunisere med hverandre og bestemme sammen at «jeg skal bli til A og du skal bli til B», sier van der Schoot.

Forskjell på årlige og flerårige planter og trær
Årlige planter dør ved slutten av sesongen og overlever som frø. Knopper av flerårige planter og trær går i dvale på slutten av vekstsesongen for å overleve vinteren og våkne til live igjen på våren og kanskje bli til en ny kvist. På grunn av denne vesentlige forskjellen kan ikke kunnskapen som allerede finnes om årlige planters signalmekanisme overføres direkte til trær. Enda viktigere, kommunikasjon og transportkanaler mellom sideknopp og stammen er generelt ukjent for alle planter.

─ Sideknopper av popler er produsert i vekstsesongen, men brukes ikke før til neste vår og kanskje senere. Det er ingen fjernkontroll fra vekstpunktet i spissen av hovedstamme til sideknoppen, men det må allikevel være en form for kommunikasjon som pågår.

Van der Schoot lurer på hvordan en inaktiv knopp får vite hva som skjer i hovedstammen.

Klimaendringer
Klimaendringer kan påvirke hvordan trær vokser og formes. Klimaendringene vil mest sannsynlig føre til at det blir varmere i våre nordlige strøk.

─ Hvis det blir vesentlig varmere kan endringene ha en negativ innvirkning på artsmangfoldet av skog-økosystemer og invasjon av nye plantearter og sykdomsfremkallende organismer. Landbruket vil muligens få noen fordeler med lenger vekstsesong og kornproduksjon enda lenger nord, men situasjonen er mer komplisert for den nordiske skogen, sier van der Schoot.

Mildere perioder i vintersesongen
Forskerne vet at trær måler lengden på dager og at når daglengden kommer under et visst nivå så utløser det en overlevelsesstrategi ved å produsere hvilende knopper selv om temperaturen fortsatt er høy. Daglengden måles av et fotosensitivt pigment i bladene som gir beskjed til en biologisk klokke, som så sender ut signaler til knoppen om å innta dvale.

─ I dvaletilstand kobler cellene i delingsvevet seg av kommunikasjonen. Det er en effektiv måte å unngå for tidlig utspring av knopper, for uten kommunikasjon mellom cellene stopper alt, sier van der Schoot.

Den kalde vinteren gjør cellene frysetolerant, og når temperaturen stiger på våren går frysetoleranse tapt. Klimaendringer vil bli en stor utfordring for dette eldgamle og fininnstilte samspillet mellom trær og omgivelser. Klimamodeller viser at global oppvarming vil føre til sterke temperatursvingninger, noe som kan bli utfordrende i vintersesongen, fordi lange varme perioder midtvinters kan vekke knoppene før de skal. Som et resultat av en slik malplassert oppvåkning kan celler miste frysetoleransen, som igjen gjør det vanskelig å vende tilbake til overvintringsmodus.

─ Det vil mest sannsynlig ikke direkte drepe et tre, selv om gjentatte opptininger kan være skadelig, men det vil påvirke kvaliteten på treet gjennom at skudd dør og at resultatet blir endret grenmønster, sier van der Schoot.

Hormoner og parasitten
Planter produserer hormoner som fungerer som signalstoff og som aktiverer mange komplekse vekstprosesser. En av disse hormonene er strigolactone, som planten bruker til to forskjellige,  men beslektede formål.  Den ene er å hemme aktivering av knopper.

Den andre er at celler i planterøttene utskiller strigolactone-hormonet til jorda for å tiltrekke seg en hjelper, en sopp. Soppen sørger for eksempel for å tilføre næringsstoffet fosfor til planten, og den får sukker som betaling.

En uvenn i nærheten
Merkelig nok, navnet strigolactone kommer fra parasittplanten Striga, som ikke er en hjelper i det hele tatt. Frøene til Striga spirer bare når de er i nærheten av planter som utskiller strigolactone til jorden, slik som maisplanter. Da benytter parasittplanten anledningen til smitte maisplanten, ved å vokse inn i roten.

I motsetning til soppen stjeler parasittplanten sukker uten å gi noe tilbake. Det fører til mindre avling.

─ Striga har kapret signalsystemet mellom planten og soppen, og bruker det til å invadere vertsplanten og i verste fall ta livet av den. Dette er et stort problem i Afrika og Australia, deler av Asia og er nå på vei til Amerika.

Parasitten kan bli et problem også andre steder ved et mildere klima, sier van der Schoot.

Relevans og nytte for samfunnet
Globale problemer knyttet til befolkningsvekst, bærekraftig matproduksjon og klimaendringer har ført til økt interesse for forskning på flerårige planter, spesielt trær. De viktigste matplantene er flerårige planter som krever omfattende og intensive dyrkingsmetoder. Flerårige planter er mer selvhjulpne på grunn av evnen de har til å håndtere jord, næringsstoffer og vann på egenhånd med sine lange levende rotsystemer.

De lagrer også mer karbon i kroppen og er overlegent motstandsdyktige mot fysiske påkjenninger og angrep av slikt som parasitter. Kunnskap ervervet fra flerårige planter, spesielt trær, vil derfor være svært nyttig modell for mange kulturplanter.

Global oppvarming er forventet å endre utseende på trær, forstyrre aktivisering av knoppene og øke angrep av parasitter.  Derfor er bedre forståelse av hvordan planter regulerer aktivering av sideknopper er viktig.

Strigolactone fører til større rotsystem og mindre mengder greiner. Ved å regulere mengden av strigolactone vil vi kunne ha innflytelse på både størrelsen på rotsystem og mengden av greiner i et tre. Det kan brukes til å dyrke planter for ulike formål.

Vi kan også bruke genetiske metoder og avlsprogram for å få til høy-forgreningvarianter og å øke biomasse og fruktproduksjon, og lav-forgreningvarianter for tre produksjon.

Men for å oppnå dette kreves det bedre innsikt om grunnleggende prosesser som regulerer utformingen av planter, avslutter van der Schoot.

Published 31. januar 2017 - 14:09 - Updated 26. juni 2018 - 14:17