12. juni 2020

Forskere opdager mekanismer bag naturens måske største erektion - som ikke er særlig stor

PLANTEBIOLOGI

I planteriget vokser han-pollenets kønsorgan til op mod tusinde gange sin egen længde og lugter sig frem til hunnens æg blot for at kunne aflevere sine to sædceller. Nu er forskere fra Københavns Universitet blevet klogere på, hvad der får plantens ’penis’ eller såkaldte pollenrør til at vokse. Viden som måske kan overføres på menneskers nerveceller.

Foto af pollenrør
Øverst et mikroskop-billede af normalt pollenrør, hvor ingen gener er slået ud. Nederst et pollenrør, hvor tre centrale gener for vækst er slukket. Pollenrøret havde ringere vækst og sværere ved at finde vej. Den sorte streg er en målestok for 0.1 mm. Foto: Københavns Universitet

Jo mere vi undersøger, jo mere avancerede viser planterne sig at være. Der er ikke nogle argumenter for at sige, at planter er væsner, der står lavere end os mennesker.

Michael Broberg Palmgren, professor på Institut for Plante- og Miljøvidenskab.

Planterigets ’hanner’ behøver langt fra Viagra for at opnå en erektion. For når de hanlige pollenkorn, hjulpet af vinden eller insekter, er nået frem til den hunlige del af en blomst, vokser der et langt rør ud af pollenkornet. Røret rummer pollenkornets sæd og kan blive flere tusinde gange sin egen længde.

Mekanismerne bag denne enorme erektion har de sidste 100 år været uklare, men nu er forskere fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab på Københavns Universitet blevet klogere på, hvad der styrer væksten af det såkaldte pollenrør: Et elektrisk kredsløb, drevet af mikroskopiske pumper, såkaldte ’protonpumper’, kontrollerer væksten af pollenrøret. Studiet er for nylig publiceret i Nature Communications. 

”Vi blev overraskede over, hvor ekstremt avanceret plantens måde at befrugte sig på egentlig er. Vi ved fra lærebøgerne, at pollenrøret vokser og skubber sig fremad ved, at der hele tiden bygges en ny etage på celleskelettet som et stillads, der vokser. Men man har vidst meget lidt om de bagvedliggende mekanismer, der driver den her enorme fremvækst. Her har vi nu gjort verden en smule klogere,” siger professor Michael Broberg Palmgren fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab.

Lugter sig frem tre millimeter i døgnet

Som en anden sporhund lugter pollenrøret sig frem til ægget, der er begravet inde i den hunlige struktur, der senere bliver til et frø. Den vokser ved løbende udelukkende at forlænge sin spids, en proces der kaldes ’tip growth’. Pollenrøret vokser cirka tre millimeter i døgnet hos ukrudtsplanten gåsemad, som forskerne har brugt i forsøget.

”Men pollenrøret er ikke bare et stift rør. Det er dynamisk og kan skifte retning i sin søgen efter ægget,” forklarer Michael Broberg Palmgren.

Se videoen herunder af pollenrøret, som jagter hunnens æg. Videoen er ikke fra dette studie.

(Video: SpringerVideos / Higashiyama, Tetsuya; Hamamura, Yuki).

Forskerne opdagelse blev gjort ved at manipulere en gruppe gener, som kaldes AHA, i den lille ukrudtsplante. Generne er grundlaget for at planterne kan lave de såkaldte ’protonpumper’, som kontrollerer en pulserende syre-base balance i pollenrøret og skaber en elektrisk spænding over dets cellemembran. Forskerne havde en formodning om, at generne spillede en rolle for væksten af pollenrøret, og de begyndte at ’slukke’ for nogle af generne i forskellige kombinationer.

”I forsøgene kunne vi se, at de ’mutant-pollenrør’, hvor vi havde slukket for generne, var dramatisk forsinkede i deres vækst, og de havde også svært ved at finde vej,” siger Michael Broberg Palmgren. 

Resultat kan måske overføres til menneskers nerver

Studiet er grundforskning og derfor er den konkrete anvendelse af resultatet stadig uklar. Men den nye viden om måden som pollenrøret vokser på ved at forlænge sin spids – den såkaldte ’tip growth’ – kan måske overføres til mennesker.

”Man ved meget lidt om, hvad der styrer væksten af vores nerver. Og det er enormt vigtigt i forbindelse med at komme sig over nerveskader og hjerneskader. Her kan vores resultat måske bruges til at give en bedre forståelse af ’tip growth’, som også er den måde det menneskelige nervesystem vokser på,” siger Michael Broberg Palmgren.

Professoren tilføjer, at der fortsat er meget, som forskerne ikke ved om planternes befrugtning – og planter i det hele taget.

”Jo mere vi undersøger, jo mere avancerede viser planterne sig at være. Der er ikke nogle argumenter for at sige, at planter er væsner, der står lavere end os mennesker.”

Forskningen er finansieret med midler fra Centre for Membrane Pumps in Cells and Disease (PumpKin), som del af en større bevilling til bred grundforskning om pumper fra Danmarks Grundforskningsfond.