Detta visar en studie från forskare vid Göteborgs universitet. Studien, som nu publiceras i kommande nummer av tidskriften New Phytologist, bygger på forskning av mer än 20 000 växtfossil. Syftet med forskningen har varit att förstå effekterna av de dramatiska händelser som lett till massutdöende av många arter. Resultatet visar att katastroferna haft mycket olika effekter på olika arter.

Den enes död den andres bröd
I över 400 miljoner år har växter spelat en väsentlig roll i nästan alla landmiljöer på jordklotet. Under samma tid har jorden drabbats av dramatiska händelser som utrotat både djur- och växtarter och som kraftigt påverkat jordens ekosystem och biologiska mångfald.

Resultaten från studien visar att naturkatastroferna drabbat växter mindre än djur. Det tyder på att i allmänhet har växter varit särskilt bra på att överleva och återhämta sig igenom tuffa perioder.

− I växtriket kan händelser som leder till massutdöende av arter samtidigt innebära en möjlighet till ny biologisk mångfald, säger studiens huvudförfattare Daniele Silvestro.

Mest slående var detta när en asteroid för cirka 66 miljoner år sedan slog ner utanför den mexikanska kusten och orsakade en enorm förödelse. Händelsen hade stor inverkan på livsmiljöerna på land och ledde till utrotning av alla dinosaurier utom fåglar, men överraskande nog hade händelsen bara begränsad effekt på växtmångfalden.

Naturkatastrofer avgörande för utvecklingen
Några viktiga växtgrupper, till exempel ormbunkar och nakenfröiga växter som tallar och granar, förlorade en stor del av sin mångfald. Men istället fick blommande växter (angiospermer) ett uppsving och ökade kraftigt sin mångfald. Så asteroidnedslaget verkar ha bidragit till att blommande växter idag dominerar dagens globala mångfald framför alla andra växtgrupper.

− Naturkatastrofer betraktas ofta som en dålig sak, men de har varit avgörande för att förändra världen till hur vi känner den idag. Utan asteroidnedslaget är det troligt att dinosaurierna fortfarande skulle jaga runt på jorden, däggdjuren skulle varit små och gömt sig i grottor, och människor skulle aldrig ha utvecklats, säger Alexandre Antonelli som lett forskningsstudien.

Genom att studera extrema händelser som naturkatastrofer kan vi lära oss vilka grupper av organismer, miljöer och egenskaper som är mer känsliga för förändringar.

− På så sätt kan vi tillämpa denna kunskap för att skydda den biologiska mångfalden under den pågående klimat- och miljöförändringen, säger Alexandre Antonelli.

Artikel av Silvestro D, Cascales-Minanas B, Bacon CD, Antonelli A: Översyn av ursprunget och diversifieringen av kärlväxter genom ett omfattande Bayesiansk analys av fossila fynd (på engelska: Revisiting the origin and diversification of vascular plants through a comprehensive Bayesian analysis of the fossil record). New Phytologist (2015). Hela artikeln är tillgänglig kostnadsfritt på följande länk.

Kontaktinformation
Dr Daniele Silvestro; Post-doktorand vid Göteborgs universitet och universitet i Lausanne, Schweiz. Telefon +41 764 909931, e-post: daniele.silvestro@unil.ch (på engelska) Dr Alexandre Antonelli; Docent och lektor vid Göteborgs Universitet, och Vetenskaplig Intendent vid Göteborgs botaniska trädgård. Telefon 0703 989570, e-post: alexandre.antonelli@bioenv.gu.se.

Strandnära skogar är viktiga eftersom de erbjuder livsmiljöer, lagrar kol, samt skuggar och renar vattnet. Vi känner också till att periodiska isbildningar och vinteröversvämningar bidrar till att forma både växt- och djurlivet här.

Om vattnet är öppet och forsande innebär en köldknäpp att det bildas kravis och bottenis. Kravis är små iskristaller som virvlar runt i vattnet och fäster vid exempelvis stenar och andra föremål. De kan bygga upp tjocka ispansar av bottenis som dämmer upp vattnet som svämmar över och fryser i strandskogarna. När vädret åter blir milt lossnar bottenisen, driver iväg och kan bröta ihop sig vilket ger nya översvämningar och ännu mer is – vattendragen har blivit ismaskiner.

Lovisa Lind, Umeå universitet, har i sin avhandling undersökt vad som styr isbildning i nordliga vattendrag samt hur och i vilken omfattning is- och vinteröversvämningar påverkar växter i och längs bäckar. Hon har inventerat is- och vinterförhållanden längs biflöden till Vindelälven i norra Sverige och jämfört dem med varandra i avseende på skillnader i växtlighet.

Hennes resultat visar att forsande, branta bäckar som inte har sjöar uppströms i sin närhet har en hög produktion av krav- och bottenis och många vinteröversvämningar.

– Sådana bäckar har en artrikare strandflora än bäckar som inte bildar kravis. Det beror på att konkurrenskraftiga växter som lingon och blåbär dödas av isen och att mer konkurrenssvaga arter av olika gräs och örter, ges mer utrymme, säger Lovisa Lind.

Isen påverkar även växterna i vattnet genom att rycka och skava bort mossor och alger. Islossningen på vårvintern kan dessutom förändra strandskogarna genom att riva omkull och rycka upp växter och samtidigt öppna upp för nya växter att kolonisera.

Lovisa Lind har också studerat hur ett varmare klimat kan påverka dessa samband genom att bland annat skapa experimentella vinteröversvämningar.

Meteorologer förutsäger att vintertemperaturerna kommer att variera allt mer och leda till tätare skiftningar mellan tö och frost. Om jordens medeltemperatur ökar med några grader till så kan denna typ av isbildning till och med gå förlorad. I dag påverkas dessutom redan isbildningen av bland annat dämningar, kanalisering, jordbruk och vattenföroreningar.

Med tanke på att norra Sverige har ett stort antal små vattendrag är det stora områden som kan beröras av framtida förändringar i isens dynamik till följd av klimatförändringar.

– Om störningen från is och vinteröversvämningar går förlorad är ett scenario att strandvegetationen till större delen skulle utgöras av en mer risdominerad vegetation. Detta skulle i sin tur påverka bland annat djurlivet och bäckarnas produktivitet.

FAKTA
Fredagen den 27 februari försvarar Lovisa Lind, Institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap, Umeå universitet, sin avhandling med titeln Breaking the ice: effects of ice formation and winter floods on vegetation along streams. Svensk titel: Klimatförändringar och isbildning i vattendrag: effekter på biologisk mångfald. Disputationen äger rum kl. 09.30 i salen Björken, Sveriges lantbruksuniversitet. Fakultetsopponent är Dr. Michael Scott, Fort Collins Science Center, United Stated Geological Survey, Fort Collins, USA.
Lovisa Lind är född och uppvuxen i Tärnaby. Hon har en masterexamen i biologi med inriktning mot naturvård från Umeå universitet.

Avhandlingen är publicerad digitalt

Kontaktinformation
Lovisa Lind. Telefon: 073-041 86 26. Mail: lovisa.lind@emg.umu.se

Detta visar nätverksforskaren Fariba Karimi i sin avhandling vid Umeå universitet. Genom teknikens globalisering har alla tillgång till all möjlig information på nätet. Men, har det fört människors åsikter och intressen närmare varandra? Fariba Karimi och hennes samarbetspartners har undersökt det i en av studierna i hennes avhandling, där de tittat på hur människor redigerar innehåll på Wikipedia.

Resultaten visar att människor bryr sig mest om lokal och regional information som handlar om sport, medier, kändisar eller platser i deras närhet. Dessutom är människor från länder med liknande språk- och historiebakgrund intresserade av samma slags information.

– Vi delar informationsintresse med dem vi också delar språk och historia, säger Fariba Karimi. Resultaten av studien visar också vilka länder som har likheter i informationsintresse, vilket inte studerats tidigare.

Till exempel kan länderna i Europa delas in i åtta kluster. De skandinaviska länderna återfinns i ett kluster med gemensamma intressen, medan portugiser och spanjorer har mer gemensamt med brasilianare än med andra europeer.

– Vi kan projicera dessa likheter i ett nätverk där länderna är noder och förbindelserna mellan dem representerar styrkan i likheterna. Dessa nätverk kan användas för att studera hur information kan färdas från en del av världen till en annan, säger Fariba Karimi.

Genom att finna mönster i rådata från sociala och ekonomiska interaktioner mellan människor på nätet, är det möjligt att analysera hur information, sjukdomar och ekonomiska kriser sprids. Nätverksanalys används också i dag för att förebygga stora epidemier, till exempel ebola.

I vardagen påverkar vänner och kollegor oss ständigt på olika sätt, från diskussioner på fikarasten till interaktion i sociala medier.

– Dessa influenser sker i tid och beroende på tiden kan påverkan se olika ut, säger Fariba Karimi. Till exempel om du är på väg att köpa en smartphone, då reflekterar du över diskussioner du nyligen haft med vänner och kollegor om olika telefoner. Människor kollar också av sociala medier vid vissa tidpunkter under arbetsdagen. Tid kan därför vara en viktig faktor för spridningsprocessen i nätverk. Men, tidigare nätverksforskning har inte tagit hänsyn till tidskomponenten.

När man tar hänsyn till tid blir spridningsdynamiken annorlunda jämfört med i statiska nätverk, visar avhandlingen.

– Detta är viktigt, för det kan hjälpa oss att bättre förstå spridningsprocesser i verkliga sociala system som till största delen är dynamiska och förändras över tid, säger Fariba Karimi.

FAKTA
Den 20 februari försvarar Fariba, institutionen för fysik, Umeå universitet, sin avhandling med titeln Tightly knit – Spreading processes in empirical temporal network. Svensk titel: Tätt sammansvetsad – Spridningsprocesser i empiriska temporala nätverk. Disputationen äger rum kl 12.00 i sal NC300, Naturvetarhuset. Fakultetsopponent är Dr Vittoria Colizza, Pierre et Marie Curie University, Paris, Frankrike.

Fariba Karimi har en kandidat- och masterexamen i teoretisk fysik från Shiraz och Beheshti Universty i Iran. Hon flyttade till Sverige 2009 och tog en andra masterexamen i fysik vid Lunds universitet. Hon flyttade därefter till Umeå för doktorandstudier på området nätverk och komplexa system. Efter disputationen kommer hon att flytta till Köln, Tyskland, för postdoktorsstudier vid Leibnitzinstitutet för social beräkningsvetenskap.

Avhandlingen är elektroniskt publicerad

Kontaktinformation
Fariba Karimi, institutionen för fysik, Umeå universitet, telfon: 070-286 70 78, e-post: fariba.karimi@umu.se

– Vi tog hudceller från musembryon, odlade dem i petriskålar och kontrollerade deras genuttryck över tid. Vi blev mycket överraskade av hur snabbt och omfattande cellerna påverkades. Förändringen startade nästan omedelbart, säger Colm Nestor, forskare vid Centrum för individualiserad medicinering, LiU och försteförfattare till artikeln.

När DNA i de ursprungliga muscellerna jämfördes med dem som odlades i laboratoriemiljön, fann forskarna att cellernas så kallade epigenom – kemiska modifieringar som avgör vilka gener som är ”på” eller ”av” – mycket snart blev omprogrammerat. Mer än 7 000 gener påverkades.

Forskarna har inte närmare undersökt orsaken till förändringarna, men Colm Nestor tror att en faktor kan vara att cellerna måste trängas på en yta av plast i stället för att sväva fritt i kroppsvätskorna.

Även i etablerade cellinjer som odlats i decennier – mest kända är de cancerceller som härstammar från amerikanskan Henrietta Lacks, död i livmoderhalscancer 1951 – pågår en ständig förändring. Följden är egenskaper som är mycket olika jämfört med de celler som ska efterliknas.

Forskningsledaren Richard Meehan vid University of Edinburgh, citerad i Bio Med Central, manar nu till försiktighet i tolkningen av en del tidigare experiment. Cellmodeller av cancer och andra sjukdomar kan visa sig vara bristfälliga surrogat för in-vivo-biologi.

Innebär då de nya resultaten att hundratusentals studier som gjorts med odlade celler måste ifrågasättas? Nej, säger Colm Nestor:

– Många studier är fortfarande helt trovärdiga. Vi ska däremot se framåt och använda våra resultat för att förbättra existerande metoder. Vi visar till exempel att tillskott av C-vitamin i odlingsmediet kan förebygga de epigenetiska förändringarna, och det finns säkert en rad andra substanser som kan ge positiva effekter.

FAKTA
Resultaten publiceras i den vetenskapliga tidskriften Genome Biology. Artikel: Rapid reprogramming of epigenetic and transcriptional profiles in mammalian culture systems av C. E. Nestor, R. Ottaviano, D. Reinhardt, H. A. Cruickshanks, H. K. Mjoseng, R. C. McPherson, A. Lentini, J. P. Thompson, D. S. Dunican, S. Pennings, S. M. Anderton, M. Benson and R. R. Meehan. Genome Biology 4 februari 2015, DOI: 10.1186/s13059-014-0576-y

Kontaktinformation
Colm Nestor, Centrum för individualiserad medicinering, 070-5084345, colm.nestor@liu.se

Att se övergångstillståndet i en kemisk reaktion har länge ansetts omöjligt, men har nu blivit verklighet. Upptäckten kommer att öka förståelsen av hur kemiska reaktioner går till. Det kan i sin tur leda till bättre metoder för att skräddarsy reaktioner för alternativ energi, t ex genom återvinning av CO2 och hur vi gör konstgödsel för framtidens matförsörjning.

– Det har varit min dröm i många år att kunna följa kemiska reaktioner på ytor i realtid. Det här är frukten av ett långvarigt systematiskt arbete där vi på Stockholms universitet byggt upp experiment med ultrakorta optiska laserpulser, säger Henrik Öström, universitetslektor i kemisk fysik vid Stockholms universitet.

Forskarna har studerat en av de viktiga reaktionerna i en bilavgaskatalysator, den där giftig kolmonoxid (CO) blir koldioxid (CO2). I experimentet fick forskarna CO och syre att sätta sig på en yta av ruteniummetall och startade reaktionen med en ultrakort puls från en optisk laser som hettade upp ytan till långt över 1 000 ºC. Med denna upphettning börjar de adsorberade atomerna och molekylerna vibrera kraftigt och röra sig över metallytan, vilket ökar sannolikheten att de ska krocka med varandra och skapa en bindning. Forskarteamet kunde i realtid med hjälp av röntgenlasern följa hur elektronstrukturen förändrades då CO kolliderade med syreatomer och de två försökte binda till varandra.

Den traditionella bilden av övergångstillståndet är att molekylerna passerar igenom alldeles för snabbt för att observeras. Därför blev det en stor överraskning att en stor andel av dem faktiskt visade sig vara där oväntat länge, trots att bara en liten andel gick vidare till att verkligen bilda koldioxid. De flesta föll tillbaka till de ursprungliga CO plus syre. Teoretisk modellering av molekylernas rörelse och vilka förändringar som kan observeras i olika situationer spelade en viktig roll för tolkningen av experimenten.

– Det är lite som att rulla kulor uppför en backe där de flesta bara nästan når toppen och rullar tillbaka igen. Nära toppen saktar kulorna in och det är där de rör sig som långsammast. Det vi ser är många försök att reagera men bara ett fåtal lyckas gå hela vägen, säger Lars G.M. Pettersson, professor i teoretisk kemisk fysik vid Stockholms universitet.

Den unika röntgenlasern som har använts skapar högintensiva röntgenpulser med en våglängd som gör det möjligt att se atomer och molekyler och med en pulslängd som är kort nog att tidsupplösa deras rörelse. Därigenom har man kunnat fånga de olika stegen i kemiska reaktioner på ett sätt som tidigare inte har varit möjligt. Röntgenlaseranläggningen finns vid Stanford University, USA.

– Det här experimentet visar den stora betydelsen som röntgenlaseranläggningar öppnar upp för att i framtiden i detalj kunna studera hur katalysatorer verkligen fungerar. I slutänden kommer en djupare förståelse leda till mer effektiva katalysatorer som kan användas i kemiska energiomvandlingar, säger Anders Nilsson, professor i kemisk fysik vid Stockholms universitet och Stanford University.

I teamet ingick också forskare från LCLS, SUNCAT vid SLAC/Stanford, Helmholtz-Zentrum Berlin, University of Hamburg, Fritz-Haber Institute of the Max Planck Society, DESY och University of Liverpool. Finansiering från Vetenskapsrådet, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, DOE Office of Science, the Volkswagen Foundation och German Research Foundation (DFG).

Det nyligen publicerade arbetet av Henrik Öström et al. kan läsas här

En kort Youtube-presentation av projektet och resultaten här

Kontaktinformation
Henrik Öström, universitetslektor i kemisk fysik vid Stockholms universitet, tfn 08-55 37 86 41, e-post ostrom@fysik.su.se; Lars G. M. Pettersson, professor i teoretisk kemisk fysik vid Stockholms universitet, tfn 08-55 37 87 12, e-post lgm@fysik.su.se; Anders Nilsson, professor i kemisk fysik vid Stockholms universitet och Stanford University, tfn 08-55 37 86 37, e-post andersn@fysik.su.se

– Om du verkligen vill förstå en cells funktioner måste den vara vid liv, säger professor Janos Hajdu vid Uppsala universitet, en av de ledande forskarna i försöket.

Med den metod forskarna använts i detta experiment kan upplösning i både tid och rum bli bättre än med de bästa optiska mikroskopiteknikerna. Tekniken innebär att en fin aerosol av celler beskjuts med ljuspulser från en röntgenlaser. Aerosolen är bokstavligen en stråle av levande celler och är tunnare än ett hårstrå. De ultrakorta röntgenpulserna sprids från enskilda celler, vilket resulterar i ett distinkt spridningsmönster som registreras av en snabb detektor. Dessa data analyseras sedan med datorprogram utvecklade i Uppsala och bilder av cellerna kan rekonstrueras.

Röntgenstrålar förstör cellerna men röntgenlaserns ultrakorta pulser och höga intensitet tillåter så snabb datainsamling att man får en korrekt bild av provet innan det sönderfaller. Denna teknik, som kallas ”diffraction before destruction”, har tidigare visat sig fungera med både organiska och oorganiska prover.

Experimentet utfördes vid röntgenlasern LCLS vid Stanford Linear Accelerator Center i Kalifornien. Två typer av cyanobakterier, Cyanobium gracile och Synechococcus elongatus, användes i studien. Dessa celler har en nästan cylindrisk form, som tydligt framträder i rekonstruktion från diffraktionsdata.

Enligt Tomas Ekeberg, forskare i molekylär biofysik vid Uppsala universitet och ledare för experimentet, kunde bilderna ha varit ännu bättre om data hade kunnat hanteras bättre av detektorerna.

– Hittills har vi endast lyckats rekonstruera celler med en upplösning på 76 nanometer (=miljondels millimeter), men de data vi samlat in visar att vi kan komma ner till 4 nanometer, vilket betyder att vi skulle kunna urskilja enskilda proteiner, som är av den storleken, säger Tomas Ekeberg.

Anledningen till den mindre lägre upplösningen är överexponering, påpekar Tomas Ekeberg, precis det som händer när man fotograferar i för starkt ljus. Detta kommer att kunna rättas till vid kommande experiment.

– Vi kommer att kunna nå mycket högre upplösning när vi kan använda ett filter för att minska överexponeringen, tillägger Gijs van der Schot, doktorand och huvudförfattare till publikationen.

Fram tills nu har högupplöst avbildning inneburit nedfrysning av cellerna och en hög stråldos som gör att de dör under datainsamling. Ofta har cellerna även täckts med ett tunt lager metall för att få bättre kontrast. Statiska bilder av celler kräver också normalt sätt långa exponeringstider.

Forskargruppens nya metod kan fånga strukturen hos levande celler i stort sett momentant. Varje bild tar endast några femtosekunder (en femtosekund är en miljondels miljarddel av en sekund). Ett sådant verktyg skulle kunna hjälpa forskare att bättre förstå hittills okända detaljer i cellers funktion och beteende.

– Processer som celldelning och proteinveckning skulle kunna observeras under tiden de sker. Dessutom öppnar tekniken för framtida 3D-modellering av processer i cellen, vilket skulle kunna ge viktiga insikter i komplicerade sjukdomsförlopp, förklarar Tomas Ekeberg.

Teamet planerar nu att finjustera avbildningsmetoden med ytterligare experiment och hoppas kunna ta bilder med betydligt högre upplösning.

– Det är en enorm skillnad mellan bilder som produceras med hjälp av denna teknik och de från traditionell optisk mikroskopi av levande celler, säger Janos Hajdu. Få trodde att detta var möjligt.

Referens: Imaging Single Cells in a Beam of Live Cyanobacteria with an X-ray Laser. Nature Communications. DOI 10.1038/ncomms6709

Kontaktinformation
För mer information, vänligen kontakta Tomas Ekeberg, mobil: 073-6923049, e-post: ekeberg@xray.bmc.uu.se, eller Janos Hajdu, mobil: 0736-270100, e-post: janos@xray.bmc.uu.se eller Gijs van der Schot: 073-8760408, e-post: gijs@xray.bmc.uu.se