Dat dieren hun jongen leren om zich aan te passen aan de opwarmende aarde is al knap, maar dat planten aan hun nakomelingen tips geven om extreme weersomstandigheden het hoofd te bieden, is toch wel heel bijzonder.
Dieren zijn net als mensen slimme overlevers: alleen door ons razendsnel aan te passen kunnen we ons voortbestaan op een almaar veranderende aarde veiligstellen. Er zijn nu echter steeds meer aanwijzingen dat planten dat ook kunnen. In een nieuwe studie beschrijven wetenschappers hoe planten zich snel aanpassen aan de negatieve gevolgen van klimaatverandering en hoe ze die aanpassingen doorgeven aan hun nakomelingen.
Veel meer omgevingsstress
“Op een dag vroeg ik me af hoe een persoon de effecten van zijn leefstijl en ervaring op moleculair niveau doorgeeft aan zijn kinderen”, verklaart Federico Martinelli, een plantengeneticus aan de Universiteit van Florence, hoe hij op het idee kwam voor de studie. “Meteen daarachteraan dacht ik dat er nog meer epigenetische kenmerken in planten moesten worden overgedragen, aangezien zij doordat ze niet kunnen bewegen aan veel meer omgevingsstress worden blootgesteld dan dieren.”
Planten hebben meer dan ooit te maken met stressfactoren in hun omgeving. Klimaatverandering zorgt er bijvoorbeeld voor dat de winters op veel plaatsen korter en minder streng zijn en planten moeten hierop reageren. “Veel planten hebben een minimale periode van kou nodig om hun seizoensklok in te stellen en zo hun bloeitijd te kunnen bepalen”, zegt Martinelli. “Naarmate het koude seizoen overal korter wordt, hebben planten geleerd zich aan te passen, zodat ze minder koude periodes nodig hebben om hun bloei uit te stellen. Zo kunnen ze voorkomen dat ze gaan bloeien in periodes waarin ze minder kansen hebben om zich voort te planten.”
Geen hersens
Omdat planten geen hersens hebben, is hun geheugen volledig gebaseerd op cellulaire, moleculaire en biochemische netwerken. Deze netwerken vormen wat de onderzoekers een somatisch geheugen noemen. “Dit mechanisme stelt planten in staat om een eerdere omgevingssituatie te herkennen en zich hun reactie daarop te herinneren, zodat ze sneller kunnen reageren als de situatie zich weer voordoet”, aldus Martinelli.
Deze somatische herinneringen kunnen vervolgens door middel van epigenetica worden doorgegeven aan het nageslacht van de plant. “We hebben de belangrijkste genen, eiwitten en kleine oligonucleotiden gemarkeerd, waarvan eerdere studies hebben aangetoond dat ze een sleutelrol spelen bij de herinnering aan stressfactoren, zoals droogte, een hoog zoutgehalte, kou, hitte en aanvallen van zware metalen en pathogenen”, zegt Martinelli. “In deze studie geven we verschillende voorbeelden die aantonen dat er moleculaire mechanismen zijn die het geheugen van planten aanpassen zodat ze tegen omgevingsstress kunnen en die de aanpassing doorgeven aan de nakomelingen.”
Het epigenetisch alfabet
In de toekomst hopen Martinelli en zijn collega’s nog meer te leren over de genen die worden doorgegeven. “We zijn vooral geïnteresseerd in het ontcijferen van het epigenetische alfabet dat ten grondslag ligt aan alle wijzigingen van het genetisch materiaal die veroorzaakt zijn door de omgeving, zonder veranderingen in de DNA-sequentie”, zegt hij. “Dit is vooral belangrijk als het gaat om de snelle klimaatverandering die we nu meemaken en waaraan elk levend organisme, inclusief planten, zich snel moet aanpassen om te kunnen overleven.”
Het is natuurlijk een enorm voordeel voor planten als zij weten hoe ze klimaatverandering in al zijn facetten kunnen overleven én dat zij hun tips en tricks kunnen doorgeven aan hun nageslacht.
De epigenetica houdt zich bezig met de veranderingen van de functie van een gen zonder dat de DNA-sequentie wijzigt. Het bestudeert de invloed van erfelijke veranderingen in de genexpressie, die met name zitten in de schakelaars die bepaalde genen in- of uitschakelen. Daarbij spelen de omgevingsprocessen een rol die de ontwikkeling van een organisme beïnvloeden. Het gaat erom hoe genetische informatie die niet in het DNA vastligt toch van de ene op de andere generatie wordt doorgegeven.
