Fleksibilitet sikrer dyr og planter succes i miljøer under forandring

Når træet taber bladene, ræven skifter pels, og fuglene tilpasser forårsparringen efter, hvornår der er føde nok, er det udtryk for en fænomenal evne til at tilpasse sig omgivelserne.

Alle former for organismer – pattedyr, planter og insekter – er udsat for hurtige ændringer i miljøet. Hvis de skal overleve og have chancen for at formere sig, er det afgørende, at de reagerer kvikt på disse ændringer.

Organismer har derfor en utrolig evne til lynhurtigt at ændre forløbet af molekylære processer, hvormed de over en kort periode kan ændre helt centrale elementer i deres indre eller ydre opbygning - også kaldet deres fænotype.

Når en fænotype, for eksempel fjerfarve eller enzymproduktion, kan justeres som respons på en miljøændring, er den ’plastisk’ – eller fleksibel om man vil.

Man siger derfor at organismen besidder fænotypisk plasticitet, og med denne evne kan organismer foretage forbløffende transformationer.

Dyrene ændrer udseende efter årstiden

Når vinteren kommer, er vi mennesker nødsaget til at iklæde os varmt tøj for fortsat at holde vores kropstemperatur omkring de 37 °C. De færreste dyr og planter besidder denne luksus, men de har til gengæld en imponerende fænotypisk plasticitet.

Fjeldræven skifter fra sin grå sommerpels til en tykkere hvid vinterpels om vinteren (billede A ovenfor). Ligeledes skifter fugle, såsom fjeldrypen, til en hvid vinterdragt, når vinteren nærmer sig (billede B ovenfor).

Når foråret atter kommer, skifter dyrene endnu engang deres udseende. På denne måde holder de sig skjult fra deres respektive byttedyr og rovdyr på tværs af årstidernes skifte.

Et andet eksempel er vandloppers evne til at forme en beskyttende hjelm, når de registrerer tilstedeværelsen af rovdyr i det vand, som de befinder sig i. Dette svarer mere eller mindre til, hvis en elefant kunne producere et beskyttende lag kevlar, når den så en krybskytte.

\ Læs mere

Hundestejler overlever på lyn-evolution

Mennesket er også tilpasningsdygtigt

Nogle af disse ændringer skifter frem og tilbage afhængigt af miljøforholdene, men der er også nogle, som ikke lader sig ændre tilbage; for eksempel hænger vandlopperne på hjelmen, når den først er dannet.

Hvad med os mennesker? Ligesom andre dyr besidder vi også mange plastiske egenskaber.

Hvis vi befinder os i et miljø, som kræver stærk fysik, vil kroppen flytte ressourcer til opbygningen af muskelvæv i de relevante muskelgrupper og på den måde forme kroppen efter miljøet.

Således bliver ethvert individ optimeret til at udføre sine opgaver, om så det er at jage på savannen eller at træne i et fitnesscenter.

Modsat muskulatur er der mange komponenter af vores og dyrs kroppe, som er mere fastlåste og dermed ikke udviser fænotypisk plasticitet – de er derimod en del af grundopbygningen.

Det gælder for eksempel antal ben og fingre samt helt generelt knogle- og ledkonstruktion.

Fænotypisk plasticitet og naturlig selektion påvirker hinanden

Fænotypisk plasticitet er ikke den eneste måde, hvorpå fænotypen kan ændres, og dermed ikke den eneste proces, som sikrer, at organismer er tilpasset deres omgivelser.

Gennem naturlig selektion bliver de gener, som optimerer formering i et givet miljø, ført videre til næste generation, og således bliver gensammensætningen i en population hele tiden formet efter miljøet.

Men det tager naturlig selektion mindst én og oftest mange generationer at ændre gensammensætningen i en sådan grad, at dette også fører til en ændring af fænotypen.

Arter med lang levetid kan ikke altid nå at ændre deres gensammensætning for at tilpasse sig hurtige ændringer i miljøet. Det gælder blandt andet mange træer og pattedyr med lang generationstid.

Kongeegen har eksempelvis stået i Jægerspris i ca. 1.500 år og har således oplevet og overlevet store miljøforandringer.

Disse organismer oplever altså store ændringer i miljøet i løbet af deres liv (for eksempel årstidernes skiften), hvilket betyder, at naturlig selektion ikke kan følge med.

Derfor er fænotypisk plasticitet helt afgørende for disse organismers overlevelse.

Modsat naturlig selektion er fænotypisk plasticitet i stedet defineret som evnen af én gensammensætning til at producere flere forskellige fænotyper alt afhængigt af miljøet. Eksempelvis fjeldrævens evne til at skifte pels efter årstidens krav til varme og camouflage.

Karakteristisk for en plastisk respons er, at det er en 'nu og her'-reaktion på en ændring i miljøet. Således virker fænotypisk plasticitet inden for et individs levetid, mens naturlig selektion foregår på tværs af generationer.

De to former for tilpasning bidrager dermed begge til organismers tilpasning til deres omkringværende miljø. Og faktisk påvirker de også hinanden.

Plasticitet kan øges gennem selektion

Evnen til at reagere plastisk på en miljøændring er et træk, der ligesom ethvert andet træk kan selekteres for gennem naturlig selektion. En øget evne til at ændre sin fænotype som respons på miljøændringer kan eksempelvis være optimalt i et miljø med større uforudsigelighed.

Klimaforandringer betyder, at klimaet bliver varmere, men også mere uforudsigeligt. Det har blandt andet den konsekvens, at der nu er mere år til år-variation for, hvornår foråret sætter ind, end der var tidligere.

Mange fuglearter udviser fænotypisk plasticitet for, hvornår på året de starter parringen. Dette er fordelagtigt, da det sikrer, at fugleungerne klækker på et tidspunkt, hvor der det givne år er passende mængder føde.

Med baggrund i det faktum har forskere undersøgt, hvorvidt der har været selektion for øget plasticitet i tidspunktet, hvor en hollandsk musvitpopulation påbegynder parringen om foråret.

Populationen blev fulgt gennem 32 år, og i overensstemmelse med hypotesen fandt forskerne, at der var variation i individernes plasticitet for starttidspunktet for parringen om foråret, og at denne variation var arvelig.

Naturlig selektion havde således sikret en øget fænotypisk plasticitet blandt fuglene. Og i dette eksempel er det netop en kombination af de to processer (plasticitet og evolution), der er nøglen til tilpasningen til klimaforandringerne.

\ Læs mere

Sådan fungerer evolution

Hvorfor har vi ikke bare uendelig plasticitet?

Det er umiddelbart en fordel at kunne tilpasse sig lynhurtigt til omgivelserne. Så hvorfor fører naturlig selektion ikke altid til en øget fænotypisk plasticitet?

Dette ville trods alt sikre, at organismer konstant kunne ændre deres form og udseende for at opnå det perfekte fit med miljøet. Men heri ligger netop problemet.

Miljøet ændrer sig hele tiden, tænk bare på de ændringer i lys og temperatur, der foregår hen over en enkelt dag. Hvis en organisme ændrede mange af sine træk hele tiden, ville der være en stor energiudgift forbundet med disse ændringer.

Det er langt fra gratis at skifte hele pelsen eller opbygge en hjelm, og hvis energiudgiften er større end den fordel, som det giver, er der ikke naturlig selektion for en øget fænotypisk plasticitet.

Et andet element, som spiller ind, er forudsigeligheden af miljøændringer. Hvis den førnævnte fjeldræv begynder at skifte til vinterpels efter blot én dag med sne i det tidlige efterår, risikerer ræven at skulle klare sig med en hvid pels resten af efteråret.

Dette vil bestemt ikke øge rævens chancer for at snige sig ind på byttedyr eller gemme sig for større rovdyr.

Viden om fænotypisk plasticitet kan sikre bedre afgrøder

Dyr flytter sig ofte uhindret til det miljø, som de foretrækker - for eksempel fra sol til skygge - hvilket også er med til at begrænse behovet for at ændre deres udtryk gennem fænotypisk plasticitet.

På dette punkt adskiller planter sig væsentligt fra dyr, da de ikke i samme grad har evnen til at flytte sig.

Derfor udviser planter generelt en imponerende fænotypisk plasticitet, der tillader dem at afpasse deres fysiologi og form præcist efter det miljø, som de lever i.

Men hvis planten flyttes til et nyt miljø, er det ikke sikkert, at der stadig er et match mellem plantens tilpasning, og miljøet den skal vokse videre i. Planten kan justere dens fysiologi og form efter en flytning, men ikke alle ændringer lader sig ændre tilbage.

Der er derfor et stort potentiale i at styre de produktionsforhold, hvorunder kommercielt vigtige planter spires og udvikles, alt efter det specifikke miljø man forventer, at den ’færdige’ plante skal fungere i.

For planter er det især lys-, nærings- og temperaturforhold, som kan skrues på for at optimere deres vækst i det fremtidige miljø.

Som eksempel kan der etableres vækstforhold, der fører til udvikling af rødder, der går dybt i jorden, hvilket giver bedre adgang til vandressourcer. Det vil være en fordel, hvis planten senere oplever en sommer uden meget nedbør – som den vi netop har haft i Danmark og store dele af Europa.

\ Læs mere

Gartnerier kan spare penge ved at give planterne jetlag

Fra planter til mariehøns

Det er ikke kun planter, som tilpasser sig det miljø, som de befinder sig i under deres udvikling. Mange insekter gennemgår flere generationer på et år.

De justerer derfor blandt andet pigmentering og kropsstørrelse gennem fænotypisk plasticitet, alt efter hvornår på året de udvikles, for at tilpasse sig solstråling og temperatur.

Insektprædatorer eller nyttedyr såsom vævermyrer, mariehøns og rundorme benyttes i stigende grad som et alternativ til sprøjtemidler til at kontrollere skadedyr. Disse dyr bliver ofte produceret i ét opvækstmiljø på trods af, at de sælges til kunder fordelt over store geografiske områder.

Dermed er deres opvækstbetingelser ofte meget forskellige fra de forhold, hvorunder de skal fungere som skadedyrsbekæmpere, og derfor opnår man måske ikke det fulde potentiale af nyttedyrere.

En af disse insektprædatorer er den toplettede mariehøne (Adalia bipunctata). Mariehønen bruges til biologisk kontrol af bladlus og opformeres typisk ved 25 °C.

Mariehønen bruges dog både i Nordeuropa og Sydeuropa, hvor temperaturerne kan være meget forskellige.

Undersøgelser har vist, at hvis man udnytter mariehønens fænotypiske plasticitet og udvikler den ved 15 °C, vil mariehønen spise 25 procent flere bladlus ved 15 °C, end hvis den voksede op ved 25 °C.

Det er således fordelagtigt at dyrke disse mariehøns ved en temperatur, som ligger tæt op ad den temperatur, som de forventes at skulle jage i.

Det er et godt eksempel på, hvordan fænotypisk plasticitet med fordel kan tænkes med, når man producerer mariehøns og andre nyttedyr til for eksempel skadedyrsbekæmpelse.

\ Læs mere

Top 10: Her er insekterne med de sejeste superkræfter

\ Læs mere

Sådan sætter dyrene kroppen på pause for at overleve