Söker uråldriga växters strategier för överlevnad

Hon undersöker på cellnivå vilka egenskaper som kan stå emot miljöförändringar och massdöd.

Projektanslag 2020

PlantEra: ”Biomolecular and structural comparisons of ancient and modern plants– tools for tracing phylogeny and survival strategies during mass extinctions”

Huvudsökande:
Professor Vivi Vajda

Medsökande:
Lunds universitet
Allan Rasmusson

Lärosäte:
Naturhistoriska riksmuseet

Beviljat anslag:
28 miljoner kronor under fem år

Vårt klimat förändrades i ett enda slag när en gigantisk asteroid kraschlandande för 66 miljoner sedan. Stora mängder mineraldamm lade sig som en filt över hela klotet. Fotosyntesen upphörde och nästan alla växter dog. Dinosaurier och andra djur svalt ihjäl. I stort sett bara fåglar överlevde.

På Naturhistoriska riksmuseet i Frescati, Stockholm, finns en av världens största samlingar av fossila växter, som begravdes i vulkaniska sediment och bakades in i kisel eller lersten under dinosauriernas tid.

Vivi Vajda är ansvarig för de paleobiologiska samlingarna, där hon hittar små fossil som växtdelar, pollen och sporer och undersöker hur enskilda arter och hela ekosystem har påverkats av massutdöenden. Hon har tilldelats ett anslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse för att jämföra skillnader på cellnivå mellan de växtgrupper som inte klarade miljöförändringarna och de som överlevde.

– Vi kommer att kunna bidra med en unik insikt i evolutionära förhållanden mellan utdöda växtgrupper och vår moderna flora. Vi får också veta hur växter har anpassats efter miljöförändringar och vilka fysiska funktioner som styr motståndskraft och överlevnad, säger Vivi Vajda.

Urgamla blommor från Skåne

Asteroidens nedslag finns dokumenterat bland annat i sediment från katastrofområdet i Mexiko, där Vivi Vajda har bedrivit fältarbeten. De prover som hon tagit därifrån och från andra platser i världen har hon undersökt centimeter för centimeter för att sammanställa alla data i excelark, som visar tidpunkten då himlen förmörkades av stoft och världens växtlighet övergick från en blandad vegetation till endast ormbunkar.

– Allt levande bryts ned för att bidra till återuppbyggnad, men ibland bevaras fossil. Det bästa är om processen går snabbt, som när växtdelar begravs i vulkanisk aska.

Museets samlingar har framförallt gott om fossil från Gotland samt välbevarade blommor och andra växtdelar från gruvor och stenbrott i Skåne. Perioderna trias, jura och krita är väl representerade. Många fynd är alltså mellan 66 och 200 miljoner år gamla.

Vivi Vajda tycker att det är spännande att se vad fossilen döljer.

– Det är som att försvinna in i en annan dimension. Jag tittar på mikrofossil från lager efter lager i mikroskopet och identifierar pollen och sporer en efter en och får plötsligt syn på en förändring. Jag älskar det. Tid och rum försvinner.

Som växtpaleontolog har hon inte haft någon större kontakt med växtfysiologer. De åker till olika konferenser – antingen levande eller fossila växtkonferenser – och har inga naturliga mötesplatser.

För några år sedan höll hon en föreläsning för en blandad publik, där hon visade bilder på fossila löv och förklarade hur hon tar bort mesofyllet, det vill säga bladköttet, för att studera cellmönstret i bladets yttersta lager för att identifiera växten på artnivå.

– Vi har ingen nytta av materialet i mitten. Ljuset går inte igenom när vi tittar i mikroskop. Pollenkornen, som är växternas spermier, kan vi däremot se.

En av åhörarna protesterade: ”Men ni bränner ju bort det bästa i växten. I mesofyllet finns mycket information”.

Det var så hon lärde känna Allan Rasmusson, som är hennes medarbetare i det nya projektet.

– Han fick mig att snitta löv för att titta på mesofyllet i mikroskop. Strukturerna var väldigt fint bevarade, men lite hoptryckta förstås. Vi började diskutera vad som händer på cellnivå hos de växter som anpassar sig och de som inte överlever.

En pilotstudie med ännu ej publicerade resultat avslöjar tydliga strukturer av cellväggar och organeller i fossiliserade löv och andra växtdelar. Nästa steg blir att jämföra med nu levande varianter inom samma familj.

Ginkgo är en av få överlevare. Det är ett lövfällande träd som växer vilt i ett litet område i Kina och har stora likheter med de växter som har hittats som fossil i Skåne. En annan gammal grupp av växter är våra ormbunkar, som inte har förändrats nämnvärt.

– Vi utför experiment med ormbunkar och andra ”levande fossil” under olika temperaturer och atmosfärer av koldioxid för att få information på cellnivå om deras anpassning till miljöförändringar.

Vivi Vajdas dagar är fyllda med handledning och administration, men mellan mötena springer hon uppför trapporna i den gamla stenbyggnaden för att arbeta med sin egen forskning.

– Jag har en fossil stam från Skåne uppe i labbet som jag sågar i skivor och analyserar själv. Jag vill veta om det finns metaller i vissa av årsringarna.

Hon använder saltsyra för att ta bort kalk, fluorvätesyra för att ta bort lera och skickar materialet till en zoolog i Lund, som använder diamantklinga för att skära ytterst tunna strukturer.

– När vi ser skillnaden på cellnivå mellan olika blad kan vi få information om varför vissa växtgrupper överlevde och andra inte.

Svårt att tänka nytt

En bonuseffekt av Vivi Vajdas och Allan Rasmussons samarbete är att de kan börja bygga upp det helt nya forskningsfältet paleoväxtfysiologi. 

– Det är roligt att kunna utmana sig själv och andra och att hitta någon som det klaffar med. Men det är svårt att komma på något som ingen tänkt tidigare.

Text Carin Mannberg-Zackari
Bild Stephen McLoughlin, Stefan Vajda, Helena Pataki, Vivi Vajda