Nya anslag till forskare på IEG

2019-12-19

Under hösten har forskare från IEG fått anslag till nya forskningsprojekt.

Nedan följer en sammanfattning av vad några proekt handlar om. 

Förändringar i arters utbredning under klimatförändringar: ett integrerat tillvägagångssätt
Robert Muscarella

Att göra prognoser på de ekologiska konsekvenserna av klimatförändringar kräver en större sammansättning av information om de processer som styr dynamiken kring arters utbredning. Projektet syftar till att öka kunskapen om dynamiken hos utbredningen av tropiska träd genom att sammansätta data om demografi, fysiologiska egenskaper och utbredning. Projektet kommer att fokusera på skogar i Puerto Rico och kommer att använda långtidsdata från skogar med stor mångfald över breda klimatgradienter.

Den genetiska grunden för skillnader mellan könen
Elina Immonen

Könsskillnader är vanliga och vanligtvis den största orsaken till fenotypisk variation inom en art. Evolutionen av variationen är fortfarande ett pussel, eftersom könens enskilda svar på urval begränsas av deras delade genom, trots att de utsätts för skilda selektionstryck. Detta projekt kommer att undersöka hur könsskillnader i kroppsstorlek utvecklas genom att använda laboratorieevolution, kvantitativa genetiska och genomiska tekniker och använda mjölbaggar som modellsystem. Genom att testa olika teoretiska förutsägelser av vad som krävs för att utveckla sexuell dimorfism, hoppas vi kunna få en djupare förståelse för hur konflikten om delade gener löses och var i genomet lösningen finns.

Betydelsen av klimatförändringar och trofiska kaskadeffekter för mekanismer som styr beta-diversitet och ekosystemfunktionalitet i planktonsamhällen
Silke Langenheder

Det övergripande syftet med projektet är att undersöka hur prioritetseffekter som skapats av skillnader i ordningen olika arter koloniserar en livsmiljö påverkar dess sammansättning i rummet. Vi kommer framför allt att undersöka hur förändringar i abiotiska förhållanden orsakade av klimatförändringar som till exempel ökad temperatur, produktivitet och miljömässiga fluktuationer påverkar styrkan hos prioritetseffekter påverkar styrkan hos prioritetseffekter med hänsyn till andra sammansättningsprocesser via interaktioner och hur det i sin tur påverkar ekosystemets funktion. Sedan kommer vi också att se om prioritetseffekter som uppstår vid högre trofiska nivåer sprider sig genom födovävar och orsakar skillnader i sammansättningen av samhällen och ekosystemfunktion vid lägre trofiska nivåer. För att kunna studera detta kommer vi använda mikro- och mesokosmexperiment med samhällen bestående av planktonmikrober.

De kausala sambanden mellan mutation, selektion och evolutionär anpassning.
David Berger

Mutationer genererar ny genetisk variation och utgör bränslet som driver evolutionära anpassningar. Samtidigt så är de flesta nya mutationer skadliga för organismen. Mutationer påverkar därför en rad viktiga evolutionära processer som till exempel potentialen för anpassning, artbildning, och förekomsten av sjukdomar med starka genetiska komponenter. Ett centralt antagande inom evolutionsteorin är att det naturliga urvalet kan agera genom att selektera mellan olika genetiska varianter som mutationer skapat (”survival of the fittest”), men inte genom att påverka vilka genetiska varianter som mutationer ursprungligen skapar. Detta grundläggande antagande har nyligen ifrågasatts av vissa kritiker, vilket skapat en debatt inom evolutionsbiologin om de kausala sambanden mellan mutation, selektion och anpassning. Detta projekt ämnar demonstrera hur naturlig selektion kan påverka vilka effekter nya mutationer har på biologiska egenskaper. Vi kommer att använda tre olika insektsarter för att undersöka om och hur naturlig selektion kan påverka nya mutationers effekter. I projektet kommer vi också att studera hur tidigare selektion har format mutationers effekter på reproduktiv framgång, livhistoria-karaktärer, morfologiska karaktärer, samt genuttryck. Detta kommer att göras med olika evolutionära tidsramar för att få en bättre inblick i hur snabbt denna process potentiellt kan ske; från 300 generationer av experimentell mikroevolution till 25 miljoner år av makroevolution. Vi kommer också studera om dessa processer har konsekvenser för anpassning till nya miljöer, där den naturliga selektionen inte än hunnit verka. Om selektion kan forma vilka fenotypiska förändringar som mutationer skapar så skulle detta ha fundamentala implikationer för mutationers demografiska konsekvenser och populationers välmående, liksom för evolutionens hastighet och repeterbarhet.

En metagenomisk tidsresa för att studera utvecklingen av antimikrobiell resistens i mikrobiomer hos vilda svenska djur
Katerina Guschanski

Antibiotikaresistens är ett stort hot mot människors hälsa runt om på Jorden och utgör en potentiellt stor finansiell börda i form av behandlingskostnader. Vi kommer att undersöka hur mångfalden i gener som kodar för antibiotikaresistens har förändras genom historien i olika vilda djur, som till exempel björn och ren, genom att titta på den film av bakterier som bildas på däggdjurs tänder. Med hjälp av museisamlingar kommer vi att fastställa en baslinje för antibiotikaresistens i värdkopplade mikrobiom före människan började massproducera antibiotika på 1940-talet. Sedan kommer vi att studera evolutionen hos antibiotikaresistensen när antibiotikaproduktionen ökade mellan 1940 – 1990 och effektiviteten hos den nationella Strama-planen (kom 1995) för att minska antibiotikaresistensen.

Symbiontskydd i mutualismer
Charlotte Jandér

Charlotte Jandér studerar mutualismernas ekologi och evolution. En mutualism är en gynnsam interaktion mellan två eller flera arter. Hennes forskning handlar om hur mutualismer undviker fiender som till exempel otrogna partners som utnyttjar fördelarna med interaktionen utan att betala kostnaderna. Hennes nya medel från VR och Formas kommer att bredda detta arbete till att studera externa fiender till mutualism: vilka de är, vad är deras fitnesskostnader, och hur skyddar sig mutualismerna mot dessa fiender? Fältarbetet kommer till en början att handla om mutualism mellan fikonträd och deras pollinerade fikongeting, där fitness kan på ett enkelt sätt kvantifieras.

Genomisk upprepbarhet av livshistorieanpassningar
Göran Arnqvist

Hur skulle livet på Jorden se ut om vi kunde spola tillbaka livets band och låta evolutionen starta på nytt? Skulle evolutionen upprepa sig och leda till ungefär de former vi kan se idag eller skulle vi se helt andra former av liv? Denna fråga är mycket mer än ett intressant tankeexperiment, då svaret beror på vår förståelse av de faktorer och processer som styr evolutionen och hur dessa samverkar. Man kan något förenklat säga att frågan kan besvaras med hjälp av två helt olika synsätt. Å ena sidan kan man hävda att det faktum att både mutationer och genetisk drift är slumpmässiga borde göra att evolutionen inte alls är upprepbar, trots de mer deterministiska effekterna av det naturliga urvalet. Å andra sidan kan man hävda att det naturliga urvalet är förutsägbart och att dessa processer styr evolutionen gentemot vissa givna biologiska lösningar och anpassningar, vilket borde leda till att evolutionen är upprepbar. Man kan konstatera att vi idag inte fullt ut förstår vilket av dessa två synsätt som är mest korrekt i olika specifika fall. I vårt projekt kommer vi att (1) noggrant mäta insekternas form och funktion (dvs fenotyper), (2) genomföra ett stort DNA- och RNA-sekvenseringsprojekt för att noggrant kartlägga deras arvsmassa och (3) utföra ett stort korsningsförsök där insekter från olika linjer korsas, detta för alla olika populationer. Information från projektets olika delar kommer sedan att analyseras, sammanställas och jämföras för att ge unika insikter i evolutionens upprepbarhet. Vi kommer på så sätt kunna identifiera de genetiska förändringar som har lett till livshistorieanpassningar i de olika populationerna och kommer därmed även att direkt kunna mäta evolutionens upprepbarhet på flera olika nivåer.

Evolution av mekanismer för könsbestämning
Sophie Karrenberg

Evolutionen av separata kön är av grundläggande betydelse inom biologin. Könsbestämningsmekanismer har visat sig vara mycket variabla och labila. När könskromosomer evolverar leder det ofta till att den ena kopian degenereras. Trots dess betydelse är de underliggande evolutionära mekanismerna som styr evolutionen av könsbestämning oklara. Teoretiska studier förutsäger att evolutionen av könskromosomer främst styrs av naturligt urval som verkar på könskvoten och av genetiska konflikter. Det finns dock få empiriska bevis för dessa processer, framför allt för att man främst har undersökt könskromosomer hos djur som har en ganska lång evolutionär historia. I detta projekt undersöker vi en växtfamilj där de ingående arterna till allra största del har separata hannar och honor (Salicaeae, vide, poppel). I denna familj har man också beskrivit en hög omsättning av nyutvecklade könskromosomer och en ofta förekommande skev könskvot. Detta projekt har tre huvudmål: (1) identifiera mekanismerna som styr könsbestämning och skeva könskvoter (2) undersöka om könskromosomer visar tecken på degeneration och (3) analysera den evolutionära historien och dynamiken hos könskromosomer och olika genetiska varianter som är associerade med könskvoten. Genom att undersöka de mekanismer som ger upphov till den skeva könskvoten hos vide kommer detta projekt att testa det teoretiskt väletablerade, men empiriskt dåligt undersökta, sambandet mellan könskvot, genetisk konflikt och evolutionen av könskromosomer. Detta kommer i sin tur att öka vår förståelse för en av de mest fundamentala processerna inom evolutionsteorin, hur och varför separata kön och könskromosomer utvecklas.

Molekylära och evolutionära mekanismers påverkan på rekombinationsfrekvensen i fjärilar
Niclas Backström

Kunskap om rekombinationshastighet är begränsad till några få modellorganismer med svag koppling till förhållanden i naturen, trots den viktiga roll rekombinationen spelar för träffsäkerheten i kromosomuppdelning, för artutvecklingsprocesser och populationers anpassningspotential och mångfald. Syftet med detta projekt är att kvantifiera de mekanistiska och evolutionära stöttepelarna och konsekvenserna av variationer i rekombinationshastighet. Fjärilar är lätthanterliga organismer för detta syfte, de har stor mångfald i anpassningar, beteende och artutveckling och dessutom andra egenskaper som är särskilt passande för att undersöka orsak och verkan av variationer i rekombination. Vi kommer att ta fram högupplösta rekombinationskartor för tre närbesläktade fjärilsarter genom att använda en mängd olika avancerade tekniker. Data kommer att användas för att karaktärisera de viktigaste bestämmande faktorerna och konsekvenserna av variationer i rekombinationshastighet. Detta är på tiden, eftersom levande organismer utsätts just nu för den största miljökrisen i historien, där nya studier visar kraftiga minskningar och snabba beteendeförändringar i många fjärilar. Karaktärisering av underliggande mekanismer för rekombination kommer att leda till nya insikter om krafter som påverkar den genetiska mångfalden och anpassningspotential i naturliga populationer.

Artbildning hos tättingar: genetiska, fenotypiska och ekologiska faktorer
Per Alström

Den biologiska mångfalden har utvecklats under oerhört lång tid. Detta har skett genom naturligt urval i kombination med slumpfaktorer. Men även om vi har kommit en bra bit på väg när det gäller att förstå hur nya arter utvecklas, så kvarstår mycket forskning. Exempelvis har vi bristande kunskap när det gäller betydelsen av olika faktorer för den reproduktiva isoleringen mellan arter. Även vetskapen om den genetiska bakgrunden till olika egenskaper har brister.

För att besvara ett antal fundamentala frågeställningar rörande artbildningsprocessen planerar vi att sekvensera hela arvsmassan (genomet) för samtliga arter och ett flertal underarter i en fågelfamilj med stor spridning och diversitet i världen. Vi avser att identifiera delar av arvsmassan som visar tecken på att ha utvecklats som följd av naturligt eller sexuellt urval. Vi kommer att försöka koppla sådana regioner till specifika gener med kända egenskaper, med avsikt att identifiera gener som kan ge upphov till skillnader i fjäderdräkt och andra yttre egenskaper. Dessutom skall vi undersöka om liknande egenskaper hos skilda utvecklingslinjer har likartad eller olika genetisk bakgrund. Vi skall även försöka klargöra om grupper av närbesläktade arter med unika yttre egenskaper (”evolutionära nyheter”) utmärker sig även i arvsmassan.

För att uppskatta evolutionshastigheten hos olika egenskaper kommer vi att jämföra variationen inom och mellan arter i arvsmassa, utseende, sång och ekologi. Med hjälp av dessa data, i kombination med detaljerad information om geografiska utbredningar, kommer vi att analysera utvecklingen av reproduktiva barriärer mellan arter och den relativa betydelsen av olika barriärer. I samband med detta kommer vi även att analysera genflöden mellan arter som möts i hybridzoner, för att bedöma graden av reproduktiv isolering mellan dem. Vår målsättning är att öka förståelsen för hur olika samhäckande populationer med tiden kan utvecklas till olika arter som inte längre utbyter gener med varandra.

Studien syftar även till att fördjupa kunskapen om utvecklingen av arter på öar. Inom många olika grupper av organismer skiljer sig arter som förekommer på öar markant från sina närmaste släktingar på fastlandet. Detta har tolkats som att kolonisationen av öar har påskyndat evolutionstakten. Jämförelser av arvsmassan mellan olika arter på öar och med deras närmaste släktingar på fastlandet kommer att kunna ge nya insikter beträffande de bakomliggande genetiska orsakerna till den snabba förändringstakten hos öarterna. Vi kommer även att jämföra sångevolutionen mellan fastland och öar, för att testa hypotesen att sånger utvecklas ovanligt snabbt i samband med kolonisation av öar.

Lövsångarfamiljen (Phylloscopidae) lämpar sig ypperligt väl för studier av artbildning. Gruppen innehåller former i många olika utvecklingsstadier av artbildningsprocessen. Dessutom är familjen synnerligen väl känd genom tidigare studier av utseende, sång, ekologi och utbredning. Många av de närbesläktade lövsångararterna som förekommer på fastlandet i Europa och Asien är snarlika varandra till utseendet. Deras sånger skiljer sig emellertid oftast betydligt mer. Omvänt är många av de närbesläktade arterna och även underarterna i den asiatiska övärlden betydligt mer variabla till utseendet, men har mer likartade sånger. Resultaten från detta projekt kommer att väsentligt öka kunskapen om utvecklingen av yttre egenskaper och den genetiska bakgrunden till dessa, samt evolutionen av reproduktiva barriärer mellan arter. Studien är unik i det att den integrerar analyser av hela genom, utseende, ljud, ekologi och geografiska utbredningar för samtliga arter och en stor del av underarterna i en komplex grupp med stor utbredning.

Nyheter