En bjørk er mer i slekt med en agurk enn med et grantre

Det meste av et tre består av døde celler. Trær lever altså på utsiden - men er døde på innsiden. (Foto: Shutterstock / NTB)

POPULÆRVITENSKAP: Trær som konsept er gammelt. Virkelig gammelt. Gjennom evolusjonen har treformen oppstått flere ganger på ulike greiner av livets tre og like ofte forsvunnet, skriver innsenderne.

Trær rommer en lang og fascinerende evolusjonshistorie, full av hemmeligheter og overraskelser. Vi kan alle kjenne igjen et tre, men hva er egentlig et tre? 

Du blir kanskje overrasket når vi forteller deg at trær ikke er en enhetlig plantegruppe. Faktisk er en bjørk mer i slekt med en agurk, enn med et grantre!

Mysterier i trærnes evolusjon

Forskere har heller ikke funnet noen spesifikke «tre-gener». Mye tyder på at evolusjonen kan skape både treaktige og urteaktige planter ved å endre de samme genene. Planter har dessuten en tendens til å utvikle en treaktig vokseform når de kommer til isolerte øyer. Det finnes altså mange mysterier i trærnes evolusjon.

Spisslønn (Acer platanoides) kom til Norge for mellom 5000 og 2500 år siden, da klimaet ble varmere etter siste istid. Spisslønn er en del av en stor gruppe blomsterplanter kalt rosider som inkluderer mange av våre mest kjente trær, som bjørk, osp, og eik. (Foto: Siri Birkeland)

Trær som konsept er gammelt. Virkelig gammelt. Allerede i karbontiden, for rundt 300 millioner år siden, vokste det fram gigantiske kråkefottrær. Skoger som disse ble senere omdannet til mye av de fossile brenslene vi bruker i dag. Gjennom evolusjonen har treformen oppstått flere ganger på ulike greiner av livets tre og like ofte forsvunnet igjen.

De evolusjonære oppfinnelsene som gjør dagens trær og skoger mulig oppstod lenge før den felles forfaren til løvtrær og bartrær. De viktigste av disse er silvev og vedvev - strukturer som bidrar til at trær kan vokse seg større enn andre planter

Trær er døde på innsiden

Silvevet, som ligger rett under barken, transporterer produktene fra fotosyntesen i bladene til tre-stammen. Disse produktene er først og fremst sukker, som er råmaterialet for vekst i planter.

Vedvevet, som utgjør mesteparten av stammen, fungerer som et stillas og løfter greinene og bladene opp i sollyset. Samtidig frakter det også vann og mineraler fra røttene til bladene. Cellene i vedvevet bygger tykke og harde cellevegger av cellulose og lignin før de gjennomgår programmert celledød og blir til hule rør som vann kan transporteres gjennom.

Med andre ord: Det meste av et tre består av døde celler. Trær lever altså på utsiden - men er døde på innsiden!

Visste du at forfaren til de fleste plantene vi ser i dag, fra agurk til løvtrær og bartrær, mest sannsynlig selv var et tre?

På jakt etter «tregener»

Om forfaren til de fleste plantene var et tre, stiller vi kanskje feil spørsmål når vi spør: Hva er egentlig et tre? Kanskje det riktige spørsmålet er: Hva gjør at noen planter slutter å være trær?

Vi vet for eksempel at det å være urteaktig kan være en fordel i kalde miljøer med tydelige årstider - eller når plantene møter høy konkurranse og beitepress fra dyr. Men hvordan slutter en plante å være et tre, rent genetisk?

En mann ser utover Tuolumne Grove i Yosemite Nasjonalpark (USA), hjem til både kystsequoiaer og fjellmammuttrær - noen av verdens høyeste og eldste organismer. (Foto: Nils C. Prieur)

Det spennende er at vi nå kan teste slike ideer direkte. Ny teknologi gjør det mulig å lese hele arvemassen (genomet) til et stort antall planter. Da kan vi sammenligne plantegrupper der det finnes både trær og ikke-trær og spørre: Finnes det spesifikke gener som forsvinner eller mister funksjonen når et tre utvikler seg til en urteaktig plante? 

Hvis svaret er ja, peker vi rett på gener som er avgjørende for å være et tre.

Vi leter i treets hemmelige oppskrift

Nå skal vi ta deg med bak barken, på leting i DNA etter treets hemmelige oppskrift. Vi publiserte nylig en artikkel i tidsskriftet «Trends in Plant Science», der vi analyserte over 40 publiserte plantegenomer fra rosidene - en stor gruppe blomsterplanter som inkluderer mange av «hverdagstrærne» våre, som bjørk, osp og eik, men også kjente urter som erter, jordbær og raps.

Vi fokuserte på grupper av arter innen rosidene der det fantes både trær og urter, på jakt etter gener som viser tegn på «slakket seleksjon» i urtene. Dette er gener som ser ut til å ha mistet betydning i urter: mutasjoner har hopet seg opp uten store konsekvenser og genet kan være på vei til å bli et pseudogen - det vil si at det er i ferd med å dø.

Daleik (Quercus lobata) er en nøkkelart i Californias økosystemer. Arten kan overleve både tørke og skogbrann og når en høy alder - et uttrykk for hvordan trær har utviklet genetiske tilpasninger som sikrer overlevelse over århundrer. Daleik er en del av en stor gruppe blomsterplanter kalt rosider som inkluderer mange av våre mest kjente trær, som bjørk, osp, og lønn. (Foto: Siri Birkeland)

Når de samme genene gjentatte ganger ser ut til å ha akkumulert mutasjoner i urter, men holdes intakt i trær, tok vi det som et tegn på at dette er gener som bare er viktige i trær. På samme måte lette vi også etter genfamilier som inneholder flere kopier i trær enn i urter. Til sammen testet vi titusenvis av gener og genfamilier på jakt etter tre-gener.

Hva fant vi? 

Vi så et tydelig mønster: i overganger til urter var flere hundre gener under slakket seleksjon i hver gruppe, og 19 gener gikk igjen på tvers av alle gruppene. Mange av disse var knyttet til kromatin og transkripsjon - altså gener som styrer når og hvor andre gener slås av og på.

Vi fant også gener med kjent funksjon i veddannelse. Samtidig var genfamilier som handlet om cellevegg/ved og stressforsvar oftere redusert hos urter; 16 familier pekte seg ut. Den ene familien som konsekvent hadde færre gener hos urter var en gruppe LRR-reseptorkinaser - sentrale forsvarsgener - og data fra osp viste at slike gener faktisk er aktive i vedvev.

“Grizzly Giant” er et imponerende fjellmammuttre (Sequoiadendron giganteum) i Yosemite nasjonalpark i California, anslått til å være mellom 2000 og 3000 år gammelt. Fjellmammuttrær er blant de eldste organismene på jorden. (Foto: Nils C. Prieur / Siri Birkeland)

Dette gir mening: Trær lever lenge på samme sted og kan ikke «løpe fra» tørke, frost, patogener eller planteetere. De trenger derfor et bredt og varig arsenal av stress- og forsvarsgener. I motsetning til mange urter som fullfører livssyklusen i løpet av en sommer, må trær beskytte flerårige vev, som vedvev, år etter år.

Så hva er egentlig et tre? 

Våre resultater peker mot at «tre-heten» ikke skyldes magiske tre-gener som urtene mangler, men at trær holder et bestemt sett felles gener i strammere tømme - med sterkere seleksjon og ofte flere kopier - særlig de som styrer regulering av veddannelse og robust forsvar.