Kiselalgernas genetiska variation räddningen vid tvära kast i vattenmiljön
En nedlagd koppargruva vid Östersjöns kust strax söder om Västervik har hjälpt forskarna att studera kiselalgernas förmåga att klara sig under varierande förhållanden.
En avhandling från Göteborgs universitet visar att kiselalgerna överlevde kopparutsläppen i vattnet tack vare en stor genetisk variation inom arterna.
Genom att ha och behålla en bred genetisk variation över generationerna så kan en art hantera snabba miljöförändringar utan att duka under. Detta gäller för den studerade kiselalgsarten Skeletonema marinoi, som överlevt i vattnet i utanför Solstad gruva i Småland under de 400 år som gruvdriften pågick, av och till. Kopparföroreningarna ledde till att det utvecklades en hög koppartolerans hos kiselalgsarten.
– I laboratorieförsök kunde jag visa att en förändring av koppartoleransen sker inom loppet av bara ett par veckor, förmågan till förändring möjliggörs av artens stora genetiska variation, säger Björn Andersson, evolutionsbiolog vid Göteborgs universitet och avhandlingens författare.
Generna aktiveras efter behov
Kopparhalten i Östersjön utanför Solstads gruva har varierat mycket eftersom gruvdriften under de senaste seklen har legat nere i långa perioder för att sedan ha återupptagits. Verksamhetsåren för gruvan är dokumenterade och kan jämföras med kiselalgerna som ligger välbevarade i syrefattiga bottensediment vid kusten utanför. Analysen visar att kiselalgernas gener för koppartolerans aktiveras i den utsträckning som behövs för att klara sig. Men hur kan mikroskopiska kiselalger bära på så många egenskaper i sitt DNA att de klarar alla plötsliga förändringar i omgivningen?
– Den stora genetiska variationen finns inte i varje individ utan i populationen som helhet. Olika kiselalgsindivider har olika koppartolerans och de gynnas olika mycket från tid till annan, säger Björn Andersson.
Kiselalgen i vattnet utanför Solstads gruva behåller de egenskaper som inte behövs för tillfället för framtida bruk i bottensedimenten. Kiselalgens hårda skal skyddar arten från snabb nedbrytning och algerna kan överleva i flera år. Vid varje års algblomning selekteras de mest konkurrenskraftiga individerna fram och bidrar i större mån till sedimentet, men de äldre algerna finns också kvar som en garanti för framtiden, menar Björn Andersson.
– Kiselalgerna som ligger i sedimenten fungerar ungefär som en fröbank. I en miljö som denna, med stor variation i vattenkvaliteten är den genetiska variationen i populationen större jämfört med en plats som inte utsätts för så kraftig påverkan, säger Björn Andersson.
Viktig primärproducent
I tider av snabba klimatförändringar är det goda nyheter att en av de viktigaste primärproducenterna visar så stor förmåga att anpassa sig till nya levnadsförhållanden. Kiselalger står globalt för 20 procent av primärproduktionen som fångar solenergi och överför den till ekosystemen, samtidigt som syre produceras och koldioxid dras ur atmosfären.
– Den stora genetiska variationen hos dessa arter kan alltså hjälpa dem att snabbt anpassa sig till framtida miljö- och klimatförändringar, vilket kan betyda att de inte kommer drabbas lika hårt som till exempel fisk och däggdjur, säger Björn Andersson.
Länk till avhandlingen: Evolutionary and ecological effects of metal pollution on coastal diatoms
Kontakt: Björn Andersson, doktorand i biologi på Institutionen för marina vetenskaper vid Göteborgs Universitet, telefon: 0706-53 06 93, e-post: bjorn.andersson@marine.gu.se
De flesta typer av streckkods-markörer i DNA som används i dag har utvecklats för att skilja mellan DNA från olika arter. I forskningen på kiselalgerna utvecklades nya markörer som i stället kan skilja mellan individer inom en art, Skeletonema marinoi. Hela DNA-strängen sekvenserades, 55 miljoner baser lång. Fyra stycken, 500 baser långa, markörer hittades som var extremt variabla mellan 58 kiselalgsindivider inom samma art. Dessa markörer gav en tillräckligt hög individupplösning för att kunna följa den evolutionära selektionsprocessen hos kiselalgsarten.