Disse algene har tilpasset seg i flere hundre millioner år

Denne artikkelen er produsert og finansiert av Nord universitet - les mer.

Med den nye kunnskapen om brunalge-genomet kan forskerne studere hvordan tang og tare har tilpasset seg skiftende miljøer gjennom flere hundre millioner år. (Foto: Ingebjørg Hestvik)

De spiller en nøkkelrolle i økosystemene langs kysten. Nå har forskerne kartlagt genomet til 60 av verdens brunalgearter.

Som en mørk skygge under overflaten brer tareskogen seg utover havbunnen. Nyklekkede småfisk piler mellom de duvende bladene. 

På de strunke tarestenglene vokser mosdyr og nesledyr og andre merkelige skapninger.

Brunalgene spiller en helt spesiell rolle for livet på jorda. De driver fotosyntese og fanger opp flerfoldige megatonn karbon i året. Som de store skogene på landjorda.

Ikke planter, ikke dyr

De er dessuten grunnpilarer i økosystemene langs kysten. Noen steder i tareskogen finner man dyreliv med over 100.000 individer per kvadratmeter.

Professor Galice Hoarau vil ikke kalle brunalgene for planter. De er for langt unna på slektstreet. 

Men som vegetasjon finner man brunalger over hele kloden. Og av alle marine alger utgjør brunalger den dominerende gruppen.

Galice Guillaume Hoarau er professor ved Nord Universitets Fakultet for biovitenskap og akvakultur. (Foto: Nord Universitet)

– Når vi snakker om marine skoger, så er det brunalger det handler om. Den tangen du ser på steinete strender langs sjøen i Europa, er nesten alle brunalger. De sørger for leveområder for andre arter. De henter ut næringsstoffer fra vannet, og de sørger for fysisk beskyttelse ved å dempe strøm og bølgeslag. De spiller en veldig viktig rolle, sier Hoarau.

Internasjonalt krafttak

Nå har forskere fra 35 ulike forskningsinstitusjoner og universiteter over hele verden, deriblant Nord universitet, samarbeidet om å kartlegge genene til brunalgene. 

Genomet til mer enn 40 arter fra 16 ulike familier har blitt kartlagt. Et genom er den totale mengden arvemateriale i en celle.

For forsker Ananya Khatei har det åpnet nye dører for forskning:

- Vi ser at brunalgene har en evne til å «huske» stress de har blitt utsatt for. Slik tåler de det bedre når de opplever det på nytt, sier forsker Alexander Jüterbock ved Nord Universitet. (Foto: Griffin Hill)

– Endelig har algenes gener blitt offentlig domene. Vi kan nå begynne å se på hvordan genomet er organisert, hvordan genene reguleres. Disse algene har vært gjennom flere perioder med klimaendringer. Nå kan vi studere hvordan de har utviklet evnen til å tilpasse seg.

Et blikk inn i fremtiden

Khatei forsker på epigenetikk, de molekylære mekanismene som slår gener av og på. En vanlig mekanisme er det som kalles metylering. Der fester det kjemiske stoffet seg til DNA-molekylet. 

Hun har funnet at DNA-et, selve koden i genene, påvirkes sterkt av typen og graden av slik metylering.

– Dette spiller utvilsomt en stor rolle i evolusjonen av organismer. DNA-et vi ser i dag, forteller oss ikke bare historien om hvordan det ble formet i fortiden. Det forutsier også hvordan epigenetikk kommer til å forme det i fremtiden sammen med endringer i miljøforhold, sier hun.

Ananya Khatei tok doktorgraden ved Nord Universitet. Hun er nå forsker ved ICAR - Directorate of Coldwater Fisheries i Bhimtal, India. (Foto: Nord universitet)

Nå som forskerne kjenner hele genomet, kan de se hvilke endringer som har skjedd med genene når en ny gren av arter har oppstått. Dette kan de linke til felles fysiske trekk mellom artene i den nye grenen.

– At algene begynte å danne alginat, er noe vi ser som et felles trekk mellom flere arter. Det samme er utvikling av det vi kaller plasmodesmata. Det et slags kanalsystem i celleveggen. Det gjorde at cellene kunne begynne å kommunisere med hverandre, sier Hoarau.

Alginat brukes blant annet som konsistensmidler i ulike matprodukter.

Tilpasset seg mens de fleste døde ut

Utvikling av plasmodesmata har vært viktig i evolusjonen av flercellete arter. Brunalgene har kunnet vokse seg store der ulike deler av algekroppen har fått ulike oppgaver.

– Husk at de lever i tidevannssonen med sterk strøm og bølger. Noen arter av tare kan bli 15–20 meter høye, sier Hoarau.

Algene har gjennom tiden utviklet egne celler for å holde seg fast i underlaget. 

Det er et evolusjonstrinn forskerne daterer til 250 millioner år siden. Det skjedde altså samtidig med en av klodens største masseutryddelser der 83 prosent av verdens arter døde ut.

Genetisk mangfold er avgjørende for at arter skal kunne tilpasse seg et miljø i endring. (Foto: Griffin Hill)

Omtrent 50 millioner år senere utviklet brunalgene et livssyklus-system der de veksler mellom ulike kroppsformer fra en generasjon eller livsfase til det neste. 

Det skjedde omtrent på samme tid som at superkontinentet Pangea delte seg opp og dagens verdenshav tok form.

Forskerne tror også at det var i denne perioden de store tareskogene ble til. De norske brunalgenes evne til å tåle å tørke ut på fjære sjø utviklet seg for omtrent 100 millioner år siden.

«Husker» stress fra en generasjon til en annen

Nå kan hundrevis av millioner år med evolusjon og tilpasninger bli revet bort av klimaendringer. 

Brunalgene er kaldtvannsarter. De sliter om temperaturen blir for høy i lengre perioder. Marine hetebølger kan bli ødeleggende for dem.

Men det kan også hende at de nok en gang klarer å tilpasse seg. 

Alexander Jüterbock forsker på hvordan algene tilpasser seg varmere omgivelser.

– Vi ser at brunalgene har en evne til å «huske» stress de har blitt utsatt for. Slik tåler de det bedre når de opplever det på nytt. Det kan sammenlignes som en form for vaksinering, der dette minnet kan overføres fra en generasjon til den neste, forklarer han.

Svaret på hvilke molekylære mekanismer som ligger bak, ligger i epigenomet, tror han.

– Brunalger skiller seg veldig mye fra planter og dyr. Evolusjonen har fulgt en helt annen retning. Brunalger har andre enzymer som sørger for epigenetisk regulering av genene. Det vil si hvilke gener som slås av og på, sier Jüterbock.

Viktig verktøy for forvaltning

Resultatene fra studien har gitt forskerne helt nye verktøy for å kunne studere og dermed også ta vare på algene.

– Genetisk mangfold er avgjørende for at arter skal kunne tilpasse seg et miljø i endring. Derfor er det viktig å vite om vi har populasjoner som er genetisk unike eller som har lav diversitet. Mister vi en populasjon med høy diversitet, mister vi også en mulighet for at arten kan tilpasse seg, sier Hoarau.

Innsikt i genetikken er også viktig for den voksende algeindustrien. Alger høstes til medisinsk bruk og som næringsmiddel. Stadig flere tar dessuten til orde for å starte industrielt oppdrett av brunalger.

– Å ha full oversikt over genomet er en veldig fordel, sier Hoarau.

Referanse:

France Denoeud, Galice Hoarau mfl.: Evolutionary genomics of the emergence of brown algae as key components of coastal ecosystems. Cell, 2024. Doi.org/10.1016/j.cell.2024.10.049.