Troede det var to arter: Alger i Roskilde Fjord kan forvandle sig

Zoomer du ind på havvandet langs de danske kyster, dukker en helt ny og sprællevende verden op, som er usynlig for det blotte øje.

Her lever rekylalgerne; mikroskopiske alger, som hører til blandt verdens mindste levende væsner.

Men selvom man er lille – de encellede organismer er op mod hundrede gange mindre end en millimeter – kan man godt have forunderlige evner og være vigtig for økosystemet.

Forskere har nemlig opdaget, at to velkendte og almindelige rekylalger i virkeligheden er samme art. De små alger kan blot ’forvandle’ sig i en proces, som blandt andet involverer sex.

»Indtil nu har man troet, at det var to forskellige arter. Men vi har opdaget, at det er samme art, som findes i to forskellige udgaver, og som kan skifte frem og tilbage,« siger Hans Jakobsen, som er seniorforsker og marinbiolog ved Aarhus Universitet og medforfatter på det nye studie.

Ny art dukker op

Rekylalgernes forvandlingsnummer blev oprindeligt opdaget af den brasilianske biolog Lumi Haraguchi, som indtil for nyligt lavede ph.d.-projekt på Aarhus Universitets afdeling i Roskilde.

Langs kysten i Roskilde Fjord indsamlede hun en helt almindelig rekylalge, kaldet Teleaulax amphioxeia, og hjemme på laboratoriet, isolerede og opbevarede hun de mikroskopiske alger.

Men da hun efter et stykke tid vendte tilbage til sin prøve, kunne hun pludselig se, at der også var en anden og lidt mindre algeart til stede – rekylalgen Plagioselmis prolonga.

En mistanke opstår

I første omgang troede hun, at hendes prøve blot var blevet forurenet. Men da det samme skete med næste hold alger, begyndte hun at spekulere over, om de to arter måske kunne være én og samme algeart. Blot i forskellige livsstadier.

»Hun gentager forsøget, men underligt nok bliver de ved med at skifte art. Hun starter med at have den store algeart, Teleaulax amphioxeia, men pludselig har hun også den lille algeart,« siger Hans Jakobsen og tilføjer, at forskerne endte med at få lavet DNA-undersøgelser af algerne.

»Da vi får svar på undersøgelserne, går det op for os, at ’aha – det er i virkeligheden den samme art, som bare findes i to udgaver'. Og de ser endda ret forskellige ud.«

Genetisk ens

Det viser sig, at den store algeart Teleaulax amphioxeia har dobbelt så meget arvemateriale, DNA, som sin ’lillebror’ Plagioselmis prolonga.

»De har forskellig størrelse og farve, men genetisk set er de fuldstændig ens. Bortset fra at den ene indeholder halvt så meget DNA som den anden,« forklarer Nina Lundholm, som er lektor ved Statens Naturhistoriske Museum og medforfatter til studiet.

»Det svarer lidt til, hvad man ser i menneskers kønsceller. I kønsceller har man også kun halvdelen af moderens eller faderens DNA, mens alle andre celler i kroppen indeholder dobbelt så meget DNA,« tilføjer hun.

Det næste spørgsmål, der nu rejste sig blandt forskerne, var: Hvorfor? Hvad får algerne ud af at forvandle sig og skifte frem og tilbage mellem de to forskellige stadier i deres livscyklus?

Hentede vanddunk hver dag

For at besvare spørgsmålet kunne de blandt andet drage nytte af en lang række vandprøver, som Lumi Haraguchi havde indsamlet i Roskilde Fjord.

Igennem mere end halvandet år hentede hun en stor dunk vand ved kysten, som blev undersøgt for forhold såsom temperatur, næringsindhold og tilstedeværelsen af forskellige arter. Herunder noterede hun tilstedeværelsen af rekylalger.

Da forskerne gennemgik hendes data fra Roskilde Fjord, kunne de se, at der var en sammenhæng mellem, hvilke af de to slags rekylalger der var flest af, og hvor meget næring der var til stede i vandet.

»Da vi kiggede på tallene fra Roskilde Fjord, viste det sig, at det enten var den ene eller den anden art, som var dominerende, alt efter hvor meget kvælstof der var til stede i vandet. Og kvælstof er faktisk deres hovedernæring,« forklarer Hans Jakobsen fra Institut for Bioscience på Aarhus Universitet.

Har sex, når der er mad

Med andre ord kan algerne efter alt at dømme tilpasse sig forholdene i miljøet ved at skifte mellem de to forskellige livsstadier.

Når der begynder at mangle føde, kan de store rekylalger (Teleaulax amphioxeia) forvandle sig til de små rekylalger ved meiose – en proces, hvor en ’modercelle’ deler sig op, sådan at der opstår nye celler, som hver især modtager halvdelen af ’modercellens’ DNA. (Ja – det er det er også meiose, som skaber ægceller og sædceller hos mennesket.)

Omvendt kan de små alger - Plagioselmis prolonga – også forvandle sig og blive til store alger igen, når der er rigeligt med næring.

Det sker ved hjælp af kønnet formering, bedre kendt som sex, hvor to små alge-individer går sammen og bliver til ét samlet individ med dobbelt så meget DNA. Lidt ligesom når menneskers ægceller og sædceller finder sammen og skaber et nyt lille menneske.

»Lidt populært kan man sige, at når algerne får rigeligt med mad, så har de sex,« konstaterer Hans Jakobsen.

Varierer med årstiden

Ifølge Nina Lundholm varierer de to algetyper alt efter årstiden. De små algetyper er dominerende om sommeren, mens de store algetyper med dobbelt så meget DNA dominerer om vinteren.

»Om vinteren er der masser af næring til dem i form af kvælstof. Til gengæld er deres udfordring, at der ikke er så meget lys, men de store alger har netop nogle pigmenter, som er tilpasset et lavt niveau af lys. Så det er rigtig smart, at de store alger er tilpasset til at klare sig om vinteren,« fortæller hun og tilføjer:

»De små alger er til gengæld bedre til at klare sig i de næringsfattige forhold om foråret og sommeren. En lille organisme har en større overflade i forhold til volumen. Så de små alger har relativt set en større celleoverflade, som de kan optage næring fra, og derfor kan de bedre klare sig i næringsfattige omgivelser.«

Forsker: Elegant studie

Marinbiolog og lektor Niels Daugbjerg påpeger, at små rekylalger – ud over at kunne optage mere næring end store rekylalger – også har den fordel, at det er sværere for rovdyr såsom vandlopper at fange og spise dem.

»Undersøgelsen viser derfor, at livscyklus-stadier hos mikroalger kan være en god økologisk strategi i den evige konkurrence, dels om næringssalte og dels om at undgå at blive spist. Og her er fordelen at være lille,« siger Niels Daugbjerg, som er lektor ved Institut for Biologi på Københavns Universitet og ikke har været en del af det nye studie.

Det er netop disse observationer af, hvordan rekylalgerne kan tilpasse sig miljøet og økologien i vandet, som biolog og lektor Niels Daugbjerg finder mest interessant ved det nye studie.

Andre forvandlingsnumre

Til gengæld påpeger han, at det ikke er første gang, man opdager, at rekylalger på denne måde kan skifte mellem forskellige stadier i sin livscyklus.

Det kender man i forvejen tre eksempler på, fortæller han.

»Det første blev publiceret for cirka 34 år siden og det seneste i 2018. Dette studie er dog det mest elegante, idet deres valg af metoder samlet set er overbevisende og ikke efterlader nogen tvivl om eksistensen af to morfologisk (udseendemæssigt, red.) forskellige stadier af den samme art,« skriver Niels Daugbjerg i en kommentar til Videnskab.dk.

Naturen er finurlig

Nu tænker du måske: Og hvad kan vi så bruge det til? Spørger man Hans Jakobsen, lyder svaret, at »vi kan lade os oplyse og glædes ved, at naturen er foranderlig, finurlig og fascinerende.«

»Studiet er en del af processen, hvor vi løbende får en dybere forståelse for de mekanismer, som regulerer processerne i havet. Og mikroalgerne er vigtige at forstå, for de er en nøglekomponent i vores kulstofkredsløb,« tilføjer han.

En nøglekomponent er faktisk ingen underdrivelse. For mikroalger såsom rekylalgerne er faktisk ansvarlige for 50 procent af al den fotosyntese, som foregår på Jorden, fortæller Nina Lundholm.

»Det betyder, at halvdelen af al den ilt, som bliver lavet på Jorden, stammer fra mikroalger. Derfor giver det mening at beskæftige os med dem, for de er vigtige for hele fødekæden. Og her kan vi altså vise, at de er utroligt fleksible og kan skifte mellem forskellige livsformer for bedre at kunne overleve og klare sig,« siger Nina Lundholm.

Det nye studie er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Science Advances, og ud over bidrag fra universiteter i Aarhus og København har også svenske og norske universiteter bidraget til studiet.