Stress och asymmetri hos trädplantor
När växter och djur utsätts för stark stress, till exempel på grund av näringsbrist eller sjukdom, kan växtdelar och organ ibland utvecklas på ett oregelbundet sätt. Ett av flera exempel på instabilitet i formen är asymmetri. Det innebär att det finns en liten och slumpmässig avvikelse från den förväntade perfekta symmetrin mellan höger och vänster sida. Benämningen fluktuerande asymmetri (FA) innebär att avvikelserna förekommer lika ofta på höger som på vänster sida.
FA kan uppstå efter en störning under den komplexa processen av delningar och differentieringar av celler som sker under tillväxten hos växter och djur. I normala fall korrigerar individen själv många fel i sitt ”genetiska program”, men om så inte sker kan fluktuerande asymmetri uppträda. Förmågan att rätta till störningar varierar mellan individer. Ju större förmåga en individ har att rätta till störningar, desto stabilare blir dess utveckling.
Om asymmetrin i ett organ är kopplad till livskraften, kan man få en tidig indikation på organismens framtida möjligheter till överlevnad och reproduktion. Hos arter med lång generationstid kan detta ibland vara särskilt betydelsefullt.
Jag undersökte om FA är ett lämpligt verktyg för att förutsäga livskraften hos vårtbjörk (Betula pendula) och lönn (Acer platanoides). Jag odlade unga plantor under antingen god eller kraftigt begränsad tillgång till näring och undersökte om formen på bladens högra och vänstra sida var identisk. Plantor som hade fått för lite näring visade flera andra tydliga symptom på näringsbrist, men hur var det med asymmetrin?
Miljögifter, insektsangrepp och näringsbrist är några exempel på ogynnsamma förhållanden i miljön som kan orsaka fluktuerande asymmetri. Men studier har visat att även genetiska faktorer, som korsningar mellan olika arter, ibland leder till asymmetri.
Fluktuerande asymmetri har i huvudsak studerats på djur, trots att växter egentligen ter sig bättre lämpade att studera. Anledningen är att deras tillväxt är mer flexibel och under gynnsamma förhållanden närmast obegränsad i omfattning och tid. Dessutom är blad, blommor och kronblad väl synliga strukturer som ofta finns i flera exemplar på varje planta. Mätningar av FA på flera olika blad per individ ger ett säkrare mått på asymmetrin.
Min studie designades så att jag kunde mäta den exakta omfattningen av stress genom att noggrant dosera plantornas tillgång till näring. Försöket omfattade ett ovanligt stort antal plantor för att ge hög precision i analyserna. En av mina frågor var om det fanns ett samband mellan bladens asymmetri och individens allmänna livskraft, vilket jag bedömde utifrån två utvalda blad respektive storleken på plantan. Dessutom ville jag undersöka om det fanns skillnader i graden av asymmetri mellan två arter med så helt olika bladformer som vårtbjörk och lönn.
Jag gjorde försöket i en fytotron, ett ”datoriserat växthus”. De väl kontrollerade odlingsförhållandena gjorde det möjligt att undersöka hur mycket av asymmetrin och livskraften som berodde på plantans genetiska uppsättning (genotyp) och hur stor påverkan var från miljön. Dessutom kunde jag, mitt under den stränga vintern, simulera de förhållanden i ljus och temperatur som råder i södra Sverige från vår till höst.
Alla plantorna växte i exakt samma miljö med ett viktigt undantag: mängden tillsatt näring. Hälften av plantorna fick fullgod tillgång till näring, medan den andra hälften fick rikligt med vatten men en begränsad mängd näring.
Plantorna i försöket kom från frön som hade samlats in från en population på Öland och en i Lillehammer i Norge. Tio träd per art och population och ungefär 20 frön per träd ingick i försöket. Totalt sett växte nästan 800 småplantor av vardera lönn och björk i fytotronen – en hel liten ungskog!
Efter knappt fyra månaders odling plockade jag enligt en standardiserad procedur två blad från varje planta. Jag pressade och fotokopierade bladen direkt efter insamlingen. Graden av fluktuerande asymmetri mättes, liksom flera andra karaktärsdrag som är kopplade till plantornas anpassning till sin miljö. Bland annat noterade jag plantornas höjd kontinuerligt, liksom tidpunkten när plantorna satte knopp samt hur lövens färger förändrades. När försöket avslutades, torkade och vägde jag varje plantas skott och rotsystem och utförde därefter flera olika statistiska analyser för att utvärdera försöket.
Resultaten visade att lönnar och björkar som fått lite näring inte hade mätbart högre grad av fluktuerande asymmetri än plantor i kontrollgruppen, som fått obegränsad mängd näring. Det fanns inte heller något samband mellan asymmetri och livskraft.
Mindre förvånande var att näringsstressade plantor växte långsamt; de blev små och hade mindre och gulare blad än de plantor som fick mycket näring. En oproportionerligt stor andel biomassa i rötterna skvallrade också om näringsbrist. Knoppsättning och lövens höstfärger kom tidigare på näringsstressade lönnplantor, och tydliga genetiska skillnader förekom i flera fall.
Mätningar av asymmetri hos blad fungerade alltså inte för att förutsäga effekter av näringsbrist hos björk och lönn. I flera andra undersökningar är det just växternas blad som använts för att undersöka asymmetri, och man har i flera fall upptäckt fluktuerande asymmetri i samband med att växter utsatts för olika typer av miljöstress eller genetisk stress. Graden av asymmetri i de här studierna är liten, mindre än två procent av den totala storleken hos strukturen som undersökts. Individer med hög FA är sällsynta, ett tecken på att den symmetriska formen är starkt gynnad i naturen.
Asymmetri är ofta kopplad till andra, viktigare egenskaper. Hur stor instabilitet som finns kan bero på vilket organ eller vilken struktur man studerar. Är organet viktigt för individens överlevnad och reproduktion kan redan mycket låg FA signalera stress. Om variationer i organets form inte är av så stor betydelse för individen tillåts däremot en högre grad av FA. Det vore praktiskt om man kunde upptäcka fluktuerande asymmetri i ett ”mindre viktigt” organ innan andra negativa effekter av stress blir synliga och oåterkalleliga, men det är möjligen ett utopiskt scenario.
Sara Black-Samuelsson