Blæretang og sagtang gir unik innsikt i evolusjonshistoria

– Desse algane har inga særskild form for åtferd. Dei går ikkje rundt, dei snakkar ikkje, dei ser heilt like ut, alle saman. Så kvifor har dei plutseleg utvikla ulike kjønn, spør forskar William Hatchett.

Han har forska på reproduksjon og evolusjon hjå brunalgeslekta Fucus. Slekta består av dei fire artane blæretang, sagtang, kaurtang og båetang.

– Fucus-artane har utvikla seg heilt uavhengig av både planter og dyr. Dei er på ei heilt anna grein på evolusjonstreet. Likevel har dei no utvikla ein måte å reprodusere seg på som liknar den vi finn i plante- og dyreriket, med sperm- og eggceller. Dette er ei unik form for evolusjon blant brunalgar, seier Hatchett.

Framleis like for det blotte auga

Om ein går ein tur i fjæra og trår ut i ei klynge med blæretang, skal det godt gjerast å sjå skilnad på hann- og ho-tang.

Om våren vil ein likevel kunne sjå at tangen er lett oppsvulma ute i tuppane. Her ligg nemleg sekkane med enten sperm eller egg, klare til å bli slept ut i vatnmassane for å møtast og bli befrukta.

– Dei har få ytre trekk som viser skilnad på han og ho. Ein må sjå på vevet i egg- eller spermposane med mikroskop for å bestemme kjønnet. Me er med andre ord heilt i byrjinga av utviklinga av ulike kjønn. Det er som å få sjå eit glimt av kva som kan ha skjedd i vår eiga fortid, seier Hatchett.

Professor Galice Hoarau ved Nord Universitet har studert Fucus-artane i over tjue år. Han understrekar at me ikkje veit om det me ser i desse tangartane er det same som la grunnlaget for kjønna reproduksjon hjå planter og dyr for kanskje halvanna milliardar år sidan.

– Men desse brunalgane eignar seg svært godt til å studere evolusjon på egg- og spermnivå. Dei er dessutan ein svært viktig del av det marine økosystemet. Desse algane finn ein i store mengder langs heile kysten. Dei er viktige leveområde for mange ulike dyr og er ekstremt viktige for lokalt artsmangfald, seier Hoarau.

Artshybridar selekterast bort

Dei velkjende tangartane bidreg no med kunnskap om korleis nye artar kan oppstå i naturen.

– Me har fleire stadar der blæretang og sagtang lever side om side i dag. I Nord-Noreg har dei levd saman sidan siste istid, i 10 000 år. På Island og i havområdet Kattegat har mennesker innført den eine av dei to artane, slik at dei berre har levd saman i hundre år, seier Hatchett.

Han fortel vidare at på dei plassane dei har levd saman i kort tid, reproduserer dei seg med kvarandre, dannar hybridar. Men ikkje i Nord-Noreg, der dei har levd saman i tusenvis av år.

Ifølgje Hoarau viser dette at det føregår ei selektering mot hybridisering. Det vil seie at individ som er ei blanding av to artar, er mindre "fit" eller tilpasningsdyktige enn individ som er "reinrasa".

Over tid vil trekk som skil dei to artane, bli meir og meir framståande. Til slutt vil dei ikkje lenger kunne reprodusere seg med kvarandre.

– Me trur at dette skuldast seksuell seleksjon hjå algane. Difor har me fokus på Fucus-artane og dei gena som er knytt til kjønnsdanning. Dei kan seie oss noko om kva mekanismar som gjeld generelt i naturen for å oppretthalde artar og korleis nye artar blir danna, seier Hoarau.

Raskare evolusjon hjå han enn hjå henne

Evolusjonen fører òg til at kjønna hjå arten utviklar seg ulikt. Menn og kvinner, hoer og hannar, ser ulike ut og fungerer ulikt, sjølv om dei tilhøyrer same art og deler same genmateriale.

Me har det som i genetikkens verden blir kalla "sex-biased genes" – kjønnsretta gener.

– Dette er gener som blir uttrykte ulikt hjå hannar og hoer, forklarar Hatchett.

Det er slike gener som gir påfuglhannane si imponerande fjørdrakt, eller som gir hannløvene manke medan hoene må vere utan. Men ikkje alle artar let effekten av desse gena kome til syne over så store delar av kroppen.

– Hos Fucus-artane ser me ofte at desse gena først og fremst kjem til uttrykk i reproduksjonsorgana, medan dei hjå hoene kjem til uttrykk i alle typar vev og hjå begge kjønn, seier Hatchett.

Seksuell reproduksjon – at to kjønnsceller med kvar sitt genmateriale smeltar saman og lagar eit nytt, genetisk unikt individ – spelar ei sentral rolle i evolusjonshistoria.

Seksuell reproduksjon fører til variasjon i genmateriale, slik at individ med dei rette gena vil vere i stand til å tilpasse seg og overleve når miljøet rundt dei endrar seg, som til dømes gjennom klimaendringar.

Men nærveret av kjønnsretta gener gjer at evolusjonen òg verkar med ulik hastigheit på hannar og hoer.

– At evolusjonen verkar ulikt på hannar og hoer har vore kjent heilt sidan Darwin lanserte sin teori om evolusjon ved naturleg utval i 1859, seier Hatchett.

Darwins konsept om seksuell seleksjon handlar om korleis gener som aukar reproduktiv suksess, blir favoriserte, sjølv om dei ikkje påverkar organismen sin evne til å overleve.

Evolusjonen blir først og fremst drive av kor mange avkom ein får og deira evne til å reprodusere seg og føre gena vidare.

– I dyreriket er det generelt akseptert at hann-retta gener utviklar seg raskare på grunn av mekanismar som til dømes konkurranse mellom sædcellene. Det finst i naturen òg døme på at horetta gener utviklar seg raskare enn gener som ikkje er kjønnsretta, særleg hjå ei rekkje brunalgearter. Men i vår studie fann me at dei hann-retta gena viste ei akselerert evolusjonsrate, seier Hatchett.

Kartlegg tangens totale mengde arvemateriale

Hos hannane skjer altså endringar i desse gena i eit raskare tempo.

Hatchett og kollegaene hans fann eit stort tal slike kjønnsretta gener i dei fire fucus-artane. Dette meiner han kan ha samanheng med utviklinga av skilnad mellom kjønnscellene, òg kalla anisogami, i form av egg- og spermceller i desse artane.

Forskar Hatchett forklarar at det som er vanleg hjå andre brunalger, er at dei danner kjønnsceller som er like i storleik og form. Altså ikkje egg- og spermceller.

– Egg- og spermceller er, som vi veit, ganske ulike, seier han.

Eit døme på ein "klassisk" brunalge er slekta Ectocarpus, eller brunsli som ho heiter på norsk.

– Ho har òg kjønnsretta gener, men i mykje mindre tal enn Fucus-artane, seier Hatchett.

Korvidt det vil verte enklare å sjå skilnad på hann- og hunnindivid i tangbeltet etter kvart som evolusjonen får gå sin gang, vil tida vise. I mellomtida ser professor Hoarau fram til å gå endå djupare inn i genmaterialet til blæretangen og hennar slektningar.

– I desse dagar føregår det eit stort forskingsprosjekt ved den biologiske stasjonen i Roscoff i Frankrike. Der kartlegg dei heile genomet i ei rekkje ulike brunalgeartar. Me har samla inn store mengder materiale slik at alt ligg til rette for å sjå nærare på grunnleggjande evolusjonære problemstillingar. Dette er viktig grunnforsking som føregår her i Bodø, slår Hoarau fast.