Er lite, tynt, grønt gresstrå. Hvordan overlever det vinteren, og hvordan vil det overleve temperaturendringene vi står ovenfor? Svaret finner vi kanskje ved å reise 34 millioner år tilbake i tid.

Gressfamilien inneholder mange av de viktigste matartene og tre av disse  – mais, ris og hvete – står alene for mer enn halvparten av hele verdens kaloriinntak.

Gressfamilien har over ti tusen arter organisert i tolv underfamilier. Av disse er det bare artene fra en eneste underfamilie som har klart å komme seg ut av tropene og opp til det tempererte nordområdet. Dette er gressene i underfamilien Pooideae.

Pooideae inneholder arter som hvete, bygg, rug, havre og alle fôrgrasene som timotei, svingel og raigras. Hvis vi samler grasarter her i Norge vil mer enn 90% være fra denne underfamilien. Hva er det som gjør at Pooideae er så godt tilpasset et nordlig temperert klima?

Det er særlig to ting som er viktig for å overleve i nordlige tempererte områder: frost-toleranse og blomstringstid.

Å blomstre til riktig tid
Det å blomstre til riktig tid er helt fundamentalt for plantene. For artene i Pooideae er det viktig å blomstre på våren. Ikke på høsten, for da kan gressblomsten bli skadet av frost. Gressene må videre blomstre sent nok på våren til at blomstene ikke blir skadet av tilfeldig vårfrost, men heller ikke så sent at de ikke får utnyttet vekstsesongen optimalt til modning og spredning av frø.

Hvordan vet gressene da at de skal blomstre? Plantene bruker signaler fra omgivelsene til å orientere seg om hvor i årssyklusen de befinner seg. Plantene er utrolig smarte og komplekse. De vet om det er varmt eller kaldt, natt eller dag, skygge eller sol, tørt eller vått, storm eller bris. Når det gjelder å orientere seg i vekstsesongen for å finne optimalt blomstringstidspunkt er det kombinasjonen av daglengde og temperatur som hjelper gressene.

Først må gressene gjennomgå vernalisering som er en forlenget kuldeperiode, nemlig vinter. Dette sikrer at planten ikke blomstrer på høsten. Etter vernalisering er gresset klar for blomstring og vil blomstre når dagen blir lang nok. Akkurat når dagen er passe lang er bestemt av hvor gresset befinner seg, og vil variere med breddegrad.

Forsvarer seg mot frost
Det er kostbart å ha et forsvarssystem mot frost oppe å gå hele tiden, så plantene er ikke alltid forberedt på frost. På høsten blir dagene kortere samtidig som temperaturen synker. Dette oppfatter plantene som et signal om å bygge opp et forsvar mot frost. Denne prosessen kalles kuldeakklimering og er en lengre periode med kalde temperaturer like over frysepunktet. Det viktigste for planten er å beskytte cellemembranen mot skade. Under kuldeakklimeringen endres strukturen på cellemembranene og det blir produsert proteiner som er med på å bryte ned iskrystaller som vokser inne i cellene og ødelegger membranene.

Tidsmaskin
Forfaren til våre gress var tropisk. De løsningene som plantene har kommet opp med for å takle det harde klimaet i nord med strenge vintre og korte vekstsesonger har evolvert over de siste 50-60 millioner år og startet i en periode der jorda var mye varmere enn i dag.

For å reise tilbake i tid og se hvordan evolusjonen har skjedd, bruker vi livets egen tidsmaskin – DNA.  DNA er en fysisk link tilbake i tid, kopiert fra foreldre til avkom helt fra livets opprinnelse og frem til i dag. Vi følger tråden bakover for å rekonstruere hvordan evolusjonen har skjedd. Dette bruker vi til å lage et tidskart over ulike hendelser og når de fant sted. Vi kan for eksempel se når gressene for første gang blomstret i lang dag eller som respons på vernalisering. Vi forsøker også å tegne inn hvordan genene evolverer.

Genenes kontrollsenter
Blomstringstid kontrolleres av kompliserte nettverk av gener, og de ulike nettverkene sender signaler til et sentralt kontrollsenter for blomstring. I kontrollsenteret blir alle beskjedene fra de ulike nettverkene tatt imot og tolket. Når alt stemmer blir det gitt klarsignal for blomstring. Dette senteret er det samme for alle gressene vi studerer og også mange andre fjernt beslektede arter.

I nettverkene som kontrollerer blomstring er det stort sett de samme genene som inngår, men nettverkene kan bli omprogrammert og noen ganger forsvinner noen gener og noen ganger evolverer det nye gener. Det gjør plantene perfekt tilpasset det miljøet de vokser i.

Svar 34 millioner år tilbake i tid?
I jakten på gressets forfedre ser vi også etter om store evolusjonære endringer i tidskartet sammenfaller med store geologiske hendelser. For eksempel for 34 millioner år siden falt temperaturen på jorda dramatisk på kort tid på overgangen mellom tidsepokene Eocene og Oligocene. Hva skjedde den natta da plantene opplevde frost for første gang? Vi tror at mange av de tilpasningene som plantene her i nord bruker nå er som en respons på dette temperaturfallet. De som klarte å bruke noen av de mekanismene de hadde fra før til å møte nye utfordringer ville ha et ørlite evolusjonært overtak over de som ikke klarte det. Tilpasninger til tidligere klimaendringer er styrende for hvordan plantene klarer seg i dag.

Forvirrede planter
Også i dag er vi inne i en tid med store klimaendringer og mange lurer på hvordan dette kommer til å påvirke plantene våre. Det vi i hvert fall kan si med sikkerhet er at vi kommer til å se klimaforhold vi ikke har sett før.

For gressene og mange andre arter i vår natur er det altså temperatur og daglengde som signaliserer at de er klare til å blomstre. I et fremtidig klima er det bare en av disse faktorene som kommer til å endre seg – nemlig temperatur.

Allerede nå har varmere og mer ustabile vintre gjort plantene forvirret og vi kan lese i lokalavisen om blåveis og hestehov som blomstrer i desember. Ironisk nok kan global oppvarming gi tøffere forhold for plantene om vinteren da mildere og mer variable vintertemperaturer kan føre til barfrost og ta fra plantene den lune dynen av snø de vanligvis ligger under.

 

Av Siri Fjellheim, professor ved NMBU – Norges miljø- og biovitenskapelige universitet

(Publisert første gang i Aftenposten Viten 20/03/2017)