Fra flad mos til skove og blomster: Nyt fund kan give svar på, hvordan planter kunne erobre landjorden

Hvis planter aldrig havde lært at vokse i flere retninger, ville vores verden se helt anderledes ud. Ingen træer, blomster, eller andre planter - og dermed ingen dyr eller mennesker.

Ny forskning fra Københavns Universitet peger nu på, at et særligt protein i mos kan have været afgørende for netop det skridt i planternes udvikling – et skridt, der gjorde livet på land muligt, da planteceller for ca. 470 millioner år siden lærte at dele sig i tre dimensioner og dermed vokse opad og ud til siderne. Indtil da havde de som alger kun vokset i en todimensionel form, der begrænser, hvor komplekst de kan udvikle sig.

Det nyopdagede protein er sandsynligvis opstået evolutionært ved, at to proteiner er blevet samlet i ét protein. Forskerne ved endnu ikke præcis, hvornår denne fusion fandt sted, men den kan have spillet en rolle i de tidlige planters overgang til liv på land.

”Vi har identificeret et protein, der aldrig er blevet set før, og som har nogle helt særlige egenskaber, der kan være med til at give os større forståelse for landplanters liv på jorden,” forklarer en af forfatterne bag studiet, Eleazar Rodriguez, lektor i funktionelle gener på Biologisk Institut.

For kigger man på et træ i dag, bygger det på grundlæggende mekanismer for vækst, som opstod tidligt i planters evolution. Det dækker blandt andet over hvordan celler deler sig i forskellige retninger, hvordan cellerne får energi til at vokse, og hvordan proteiner reguleres inde i cellen.

Det er de mekanismer, som forskerne nu har et bud på, hvordan udviklede sig for omkring 470 millioner år siden.

”Uden egenskaben at vokse i tre dimensioner ville landskabet være markant anderledes, for vi ville ikke se træer og buske gro, som de gør den dag i dag. Livet på land ville sandsynligvis have været meget mere begrænset,” fortæller Thomas Juel Ammitsøe, postdoc og den ene førsteforfatter på studiet. 

Fjernede nyopdaget protein

Forskerne identificerede det hidtil ukendte protein, som har fået navnet RAK1, i en mosplante. Proteinet, som er sammensmeltning mellem to typer proteiner, man kendte i forvejen, havde en særlig effekt i mosset, når det var til stede: Ved at påvirke moscellernes energistofskifte begyndte cellerne at dele sig i flere retninger og danne knopper og skud.

Effekten blev tydeligt, da forskerne opstillede to versioner af den samme type mos over for hinanden. I den ene del af mosen var RAK1 til stede, og i den anden del var det fjernet.

”Og her så vi, at cellerne i den mos, som ikke havde RAK1-proteinet, ikke delte sig rigtigt og voksede med defekte knopper. Derfor kan vi sige, at RAK1 kan have været afgørende for, at mosset har kunnet vokse effektivt,” fortæller den anden førsteforfatter på studiet, adjunkt Cloe De Luxan Hernandez.

Proteiner er cellens arbejdere

Mos repræsenterer nogle af de tidligste landplanter, som begyndte at vokse på jorden. Og indtil nu har forklaringen på mossets udvikling til at kunne gro i tre dimensioner været, at bestemte gener i cellerne bliver tændt og slukket på det rigtige tidspunkt.

Forskerne fra Københavns Universitet bygger nu videre på denne forklaring ved at vise, at det ikke er tilstrækkeligt blot at tænde og slukke for gener. Det nyopdagede RAK1-protein hjælper med at koordinere den metaboliske balance, der er nødvendig for tredimensionel vækst.

Opdagelsen af RAK1understreger, at evolution ikke altid opfinder noget helt nyt – nogle gange sætter den bare kendte dele sammen på en ny måde.

”Vores resultater tyder på, at overgangen fra flad til tredimensionel plantevækst ikke kun afhænger af, hvilke gener der er tændt og slukket, men også af præcise ændringer i cellernes stofskifte under stamcelledeling og knopdannelse,” fortæller Eleazar Rodriguez.

Opdagelsen giver dermed ikke kun ny viden om mos, men også om de grundlæggende mekanismer, der ligger bag vækst i levende organismer.

Ligesom menneskelige stamceller skal mos-stamceller præcist styre deres stofskifte for at få energi nok til energi til vækst og celledeling. Vores resultater tyder at RAK1 er med til at regulere den proces,” slutter Eleazar Rodriguez.

***

Fakta: Mos som ideel case

Mosser repræsenterer nogle af de tidligste landlevende planter på jorden. De menes at stamme fra alge‑lignende forfædre, som oprindeligt levede i vand.

Mos er udbredt i forskningen til at forstå planters udvikling, da mos har en simpel opbygning og en plads i evolutionshistorien som den første type af planter på land.

I studiet brugte forskerne bulet muddermos (physcomitrium patens), som er den mest undersøgte mos-art.

***

Fakta: Forskel på todimensionel og tredimensionel

Mos kan vokse i flade strukturer med tråde – også kaldet filamenter – som karakteriserer en todimensionel vækst. Her deler celler sig i to retninger, som får mosset til at sprede sig fladt langs underlaget.

Når celler skifter til en tredimensionel vækst, begynder de at dele sig i tre retninger, hvor der dannes knopper. Disse er med til at skabe en kompleks vækst, hvor mosset nu kan vokse opad og forme mere komplekse dele såsom blade.

***

Fakta: Sådan gjorde forskerne

Forskerne identificerede et protein, RAK1, som er en sammensmeltning at et såkaldt signalprotein og et acetylprotein.

Dernæst sammenlignede forskerne, hvad der sker med mos, når RAK1 var til stede og fraværende.

De opdagede, at mosset uden RAK1 ikke kunne dele sig effektivt i flere retninger.

Omvendt viste resultaterne, at RAK1 gør det muligt for cellerne at reagere på signaler og udvikle sig korrekt til tredimensionelle strukturer.

RAK1 fungerer som et bindeled mellem cellens signaler og dens indre kemi og gør det muligt for cellen at omstille sig til tredimensionel vækst.

***

Fakta: Om studiet

Resultaterne er udgivet i tidsskriftet New Phytologist, der publicerer forskning om plantevidenskab.

I alt 18 forskere har været med til at lave studiet.

Undersøgelsen blev udført som en del af et bredere internationalt samarbejde med forskere fra England, Japan, Tyskland og Østrig.

Læs studiet