Han vill förstå hur komplexa livsformer utvecklas

Sydafrikanska strutsar och svenska alger kan tyckas ha rätt lite gemensamt. Men båda hjälper Charlie Cornwallis, vid Lunds universitet, att förstå hur samarbeten har format olika organismer.

Charlie Cornwallis

Doktor i zoologi

Wallenberg Academy Fellow 2013

Lärosäte:
Lunds universitet

Forskningsområde:
Social evolution

Charlie Cornwallis har alltid varit nyfiken på naturen. Hans pappa var biolog och redan som femåring fick Charlie följa med honom ut för att fånga och studera fåglar. Fortfarande är fåglar en viktig del av hans liv, men nu som exempelorganismer. Han forskar på utvecklingen av komplext liv och samarbeten i naturen, just nu med hjälp av grönalger och strutsar.

– Flera av mina projekt som för några år sedan enbart var idéer har börjat ge verkligt intressanta resultat. Det är otroligt tillfredsställande, säger Charlie Cornwallis.

Samarbete är ofta bra för gruppen men långtifrån alltid bra för individen. Att förstå osjälviska beteenden är ett steg mot att förstå hur komplexa organismer har uppstått. DNA-molekyler kopplades samman till genom, encelliga organismer smälte samman till flercelliga och individer formade samhällen. Med tiden började vissa organismer samarbeta i familjer och grupper, medan andra förblev enskilda. Charlie Cornwallis vill förstå varför.

”Att vara Wallenberg Academy Fellow är en fantastisk möjlighet. Istället för att ständigt kämpa för finansieringen så har jag fått råd med en större forskargrupp. Dessutom har det öppnat dörrar till andra anslag.”

Hanar vinner på ensamhet, honor på gruppbildning

Det var mer än tio år sedan han först började studera strutsar i Sydafrika. Fåglarna kan leva både i par och i större grupper, vilket gör det möjligt att studera hur samarbete utvecklas. I studien delades fåglarna upp i grupper av olika storlek som placerades i stora inhägnade områden, och så mättes vilka som fick flest ungar. Det visade sig att hanar har bättre chans att fortplanta sig om de är ensamma med en eller ett fåtal honor.

För honorna är det mer komplext. I ett tidigt skede vinner de på att vara få, för då minskar konkurrensen om att få lägga ägg i det gemensamma rede som strutsflockar har. När ruvningen börjar är det dock bättre att tillhöra en större flock, eftersom honorna behöver turas om med det påfrestande arbetet att ligga på äggen i sex veckor, i temperaturer som kan variera mellan minus fem och plus femtio grader.

– Stora grupper av samarbetande honor klarade den här fasen bättre, och allra bäst gick ruvningen om gruppen innehöll individer som var genetiskt extra tåliga för värme.

Mindre tåliga honor verkade fungera som fripassagerare, och Charlie Cornwallis trodde att de värmetåliga honorna därför klara sig bättre i en mindre grupp. Men även de verkade vinna på samarbete, kanske för att ”fripassagerarna” hjälper till mer när vädret är kallt. Det kan fungera som ett skydd för gruppen vid klimatförändringar.

Grönalger kastar nytt ljus över flercellighet

Algprojektet drivs på hemmaplan vid Lunds universitet. Grönalger är populära experimentorganismer eftersom de är lätta att odla och manipulera i laboratorium. De kan leva en och en, eller i stora grupper med flera tusen celler. Länge har forskare trott att grupperna bildas som skydd mot zooplankton, eftersom enskilda grönalger som utsätts för zooplankton har setts forma grupper i laboratorium, ibland så snabbt som på några timmar. Men när Charlie Cornwallis studerade hypotesen närmare fick han överraskande resultat. Han samlade in tvåhundra varianter av grönalger från svenska sjöar. När de exponerades för zooplankton formade vissa grönalgsstammar grupper, medan andra inte gjorde det – och gruppbildningen verkade inte ge någon överlevnadsfördel.

– Idén att grönalger bildar grupper för att klara sig bättre mot rovdjur håller alltså inte alls för de naturliga algstammar vi hittat. Vi måste börja om från början med att försöka förstå varför flercelliga grupper uppstår egentligen.

Charlie Cornwallis och hans kollegor har nu en annan hypotes. Vid stress aktiveras algernas skyddssystem som ser olika ut beroende på algens genetik. Vissa typer av alger bildar ett slemlager när de hotas, och de varianterna verkar oftare klibba samman. Möjligen är gruppbildningen alltså inte en skyddsreaktion, utan en bieffekt av en stressmekanism – som skapar möjligheten för flercelliga grupper att utvecklas.

Databas om sjöar en viktig tillgång

Charlie Cornwallis söker nu efter gener som driver algernas gruppbildning. I laboratoriet sållar han fram de alger som bildar störst grupper och odlar dem på nytt för allt större gruppstorlekar, vilket gör det möjligt att identifiera de gener som styr processen. Men det är också viktigt att studera vad som händer i naturen. Till det använder han en stor databas över svenska sjöar som har byggts upp sedan 1950-talet. I dag innehåller den data från tusentals vattendrag, bland annat temperatur, surhet, kemikaliehalter och vilka arter som lever på olika platser. Charlie Cornwallis kallar det för en guldgruva.

– Vi har använt databasen för att klassificera flera hundra encelliga och flercelliga algtyper, utifrån deras miljöer. På så vis ser vi vilka faktorer som är gynnsamma och ogynnsamma för flercellighet, och testar dem i experiment. Vi hoppas att den här kombinationen av naturstudier och labbstudier kan avslöja en del hemligheter bakom hur livet på jorden har utvecklats.

Text Lisa Kirsebom
Bild Charlie Cornwallis, Julian Melgar, Magnus Bergström