Projektanslag

Vintervilande insekter – ett samspel mellan gener och miljö

Insekter som lever på olika breddgrader går in i vinterdvala vid olika dagslängder. Vissa när dagen är 17 timmar lång, andra när den bara är 12 timmar. Detta är ett exempel på hur individer inom en art är anpassad till sin omgivning. Nu ska Wallenbergfinansierade forskare utreda hur det går till på molekylnivå när gener samspelar med miljön.

Det är vinter och inte mycket liv i burarna på Institutionen för zoologi vid Stockholms universitet. De flesta fjärilar som övervintrar på laboratoriet är puppor och befinner sig i ett kylrum. Kvar i burarna står några ensamma blommor som forskarna brukar stryka sockervatten på. De väntar på nya fjärilar. Till sommaren ska forskarna dra igång ett nytt projekt; det största hittills i institutionens historia. De har fått över 30 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse för att in i minsta molekylära detalj studera det intrikata samspelet mellan gener och miljö.

– Vi vill förstå hur anpassningen i naturen går till och hur olika egenskaper blir anpassade till varandra, säger Sören Nylin, professor i ekologi som koordinerar projektet.

Vintervilan styrs av nattens längd

Den egenskap som forskare till en början ska undersöka är förmågan att gå in i vintervila, eller som det heter när det handlar om insekter: att gå i diapaus. Individer av en och samma art är olika känsliga för dagens längd. Spanska rapsfjärilar stannar i puppstadiet och går in i vintervila när dagen är runt tolv timmar, medan deras norrländska kompisar börjar dra ner sin ämnesomsättning när dagen fortfarande är 17-18 timmar lång.

– Ju längre norr ut man kommer desto längre är dagarna på sommaren och desto högre ligger tröskeln för diapausen, säger Sören Nylin.

Nu är målet att ta reda på hur den här anpassningen går till. Vilka gener är inblandade? Hur styr de organismen? Hur kan det fungera så olika i en och samma art?

För att svara på dessa frågor ska forskarna fånga fjärilar från Abisko i norr till Barcelona i söder. De kommer också att samla fjärilar som lever på samma breddgrad, men där några lever nära kusten och andra kommer från högre höjder i inlandet.

– Fjärilar som lever i inlandet går i diapaus tidigare eftersom vintern kommer tidigare där än vid kusten. De är anpassade till lokalklimatet, säger Sören Nylin.

På laboratoriet ska sedan norrlänningar korsas med spanjorerna, och kustbor med landkrabbor. Avkommorna kommer att gå in i diapaus vid olika dagslängder och med hjälp av dessa avkommor ska forskarna leta efter de gener som är inblandade i processen.

Bananflugor har utvecklat ny diapaus

Parallellt med detta ska kollegorna en trappa ner på zoologiska institutionen undersöka samma fenomen hos bananflugor. I över 100 år har forskare experimenterat med bananflugors gener och deras egenskaper. Flugorna kommer ursprungligen från tropiska områden och har egentligen ingen riktig diapaus. Men arten har spritt sig ut från Afrika och har anpassat sig till ett kallare klimat. Därför slumrar de på vissa platser numera in på vintern.

– Det finns stammar som man har samlat in i norra USA som har ett slags primitiv diapaus, säger Sören Nylin.

Jämförelserna mellan bananflugor och fjärilar kan bland annat berätta för forskarna om det finns generella mekanismer som styr diapausen.

En paus från döden

Förutom att identifiera vilka gener som är inblandade i vinterslummern, ska forskarna undersöka hur andra egenskaper är anpassade till en kort eller lång diapaus. Till exempel visar forskning att det är viktigt att ha ett aktivt immunförsvar så att diverse mikroorganismer inte tar död på den vilande puppan.

– Pupporna i norr har en längre diapaus. Då behöver de kanske ett kraftigare immunförsvar, säger Sören Nylin.

En annan tanke är att projektet möjligtvis kan ge ledtrådar till vilka gener som är inblandade i åldrande. 

– Det verkar som att tiden nästan står stilla i diapausen. En fjäril som har haft en tio månader lång vintervila lever lika länge efter detta som andra fjärilar som inte har varit i diapaus, säger Sören Nylin.

Projektet kommer att involvera en hel rad framgångsrika insektsforskare vid Stockholms universitet.

– Det som är unikt med det här projektet är att så många olika typer av expertis är inblandad. Det är ekologer, etologer, fysiologer, neurobiologer och molekylärbiologer, säger Sören Nylin.

Det är första gången som insektsforskare vid universitetet från så olika forskningsinriktningar driver ett projekt ihop. De hoppas att samverkan över ämnesgränserna ska leda till nya insikter.

– Det är jättespännande. Hela institutionen är engagerad i det här, säger Sören Nylin. 

Text Ann Fernholm
Bild Magnus Bergström