Eru virkilega til hættuleg afbrigði veirunnar sem veldur COVID-19?

Arnar Pálsson. „Eru virkilega til hættuleg afbrigði veirunnar sem veldur COVID-19?“ Vísindavefurinn, 15. apríl 2020. Sótt 15. apríl 2020. http://visindavefur.is/svar.php?id=79179.

Þetta er síðasta bloggfærslan mín hér.

Aðrir pistlar munu birtast á uni.hi.is/apalsson.

Afbrigði veira eru skilgreind út frá mismun í erfðaefni þeirra.^[1] Veirur fjölga sér kynlaust og stökkbreytingar sem verða í erfðaefni þeirra geta haft áhrif á hæfni þeirra í lífsbaráttunni. Þrátt fyrir dramatískt nafn eru stökkbreytingar aðeins frávik í erfðaefni sem geta haft jákvæð, neikvæð eða engin áhrif á hæfni lífvera.^[2] Neikvæðar breytingar eru kallaðar svo því þær draga úr hæfni lífvera til að fjölga sér eða minnka lífslíkur. Töluverður hluti nýrra stökkbreytinga eru neikvæðar, en þær eru yfirleitt sjaldgæfar í stofnum, sérstaklega þeim sem fjölga sér kynlaust eins og á við um veirur. Mun sjaldgæfari eru jákvæðar breytingar, sem auka hæfni á einhvern hátt. Algengasta form erfðabreytileika eru hlutlausar breytingar, sem hafa engin áhrif á hæfni lífvera. Ólíklegt er að stökkbreytingar í erfðamengi veirunnar SARS-CoV-2 valdi illvígari sjúkdómi. Mest af breytileika sem finnst milli ólíkra veira sem valda COVID-19 er því hlutlaus. Afbrigði veiranna sem valda COVID-19 eru talin vera jafngild af sérfræðingum, það er að segja þau valda áþekkum sjúkdómi með svipaðri dánartíðni. Erfðabreytileiki milli veiranna gerir okkur hins vegar kleift að rekja ættir smitanna (mynd 1).

Mynd 1. Stökkbreytingar á erfðaefni veiru sem berst milli einstaklinga má nota til að rekja smitið. Ættartré veiranna endurspeglar smitsöguna. Myndin sýnir einfaldað tilfelli. Sýndir eru litningar 5 gerða af veiru sem eru ólíkir vegna 7 stökkbreytinga (litaðar línur). Þessir litningar mynda fimm ólíkar setraðir (e. haplotypes) sem einnig má kalla afbrigði. Sumar stökkbreytingar eru eldri (og finnast í tveimur eða fleiri gerðum), en aðrar yngri og finnast bara í einni gerð.

Engu að síður hafa fjölmiðlar upp á síðkastið fjallað um breytileikann í veirunni og slegið upp æsilegum fyrirsögnum. Snemma í mars birtist til að mynda frétt hérlendis með fyrirsögninni „Kórónuveiran hefur stökkbreyst“. Kjarninn í þeim skrifum var að til væru mismunandi afbrigði veirunnar og eitt afbrigði væri hættulegra en hin. Önnur frétt birtist í USA TODAY þann 31. mars undir fyrirsögninni: „8 strains of the coronavirus are circling the globe. Here's what clues they're giving scientists“ ( „8 afbrigði kórónuveirunnar eru á ferli um jörðina. Þetta hafa vísindamenn lært af þeim.”) Báðar fréttirnar byggja á rangtúlkunum. Byrjum á þeirri fyrri sem var byggð á meingallaðri rannsókn. Minnumst þess að afbrigði veirunnar eru flokkuð út frá erfðabreytileika, sem er aðallega hlutlaus. Vegna sögu sýkinga verða sum afbrigði algengari á vissum landssvæðum en önnur afbrigði annars staðar. Greining lífupplýsingafræðingsins Trevor Bedford og félaga á smitinu í Washington-fylki í Bandaríkjunum er dæmi um þetta. Flest smitin í fylkinu bárust snemma frá Wuhan og voru flest af einni gerð (afbrigði) veirunnar.

Mynd 2. Ættartré kórónuveira sem valda COVID-19 út frá raðgreindum erfðamengjum veirunnar á tímaskala faraldursins (x-ás). Rauðir punktar eru 346 erfðamengi veira sem greindust úr einstaklingum í Washington-fylki í Bandaríkjunum. Hópun rauðra tilfella um miðbik myndar sýnir smit sem barst frá Kína um 15. janúar og fjölda einstaklinga sem sýktust í kjölfarið. Örvar tilgreina smit sem barst síðar til svæðisins og olli smiti í smærri hópum. Myndin sýnir að saga faraldursins veldur því að viss afbrigði verða algengari á ákveðnum landsvæðum en önnur fátíðari.

Sumir hafa haldið því fram að afbrigðin séu á einhvern hátt mismunandi. Fjölþættar ástæður eru fyrir því en mestu skiptir að mat á dánartíðni vegna veirunnar getur verið mismunandi eftir svæðum vegna margra þátta. Má þar nefna mun á greiningarátaki, ólík heilbrigðiskerfi, mun á aldurssamsetningu landa eða svæða og sögulegra tilviljana. Í fyrsta lagi er dánartíðni hlutfall þeirra sem deyja vegna sýkingar og þeirra sem eru greindir með sjúkdóminn. Ef einungis þeir sem deyja úr sjúkdómnum (eða fá alvarleg einkenni) eru prófaðir og svo greindir virkar dánartíðnin há. En ef mjög margir eru prófaðir, líka fólk með væg einkenni eða einkennalaust, þá verður dánartíðni metin lægri. Fyrir veiruna sem veldur COVID-19 spanna gildin frá 0,02 (2 af hverjum 1000 í Suður-Kóreu) til 4 (4 af hverjum 100 í Kína). Mynd 2. sýnir að saga faraldursins veldur því að viss afbrigði verða algengari á ákveðnum landsvæðum en önnur fátíðari. Það virðist því vera samband á milli afbrigða veirunnar og dánartíðni en það er ekki raunverulegt. Fylgni milli þátta er ekki sönnun fyrir orsakasambandi. Í annan stað eru spítalar og heilbrigðiskerfi mismunandi eftir svæðum og það hefur áhrif á mat á dánartíðni. Það getur einnig búið til falska tengingu milli afbrigða og alvarleika sjúkdómsins. Í þriðja lagi er aldurssamsetning mismunandi eftir löndum og landsvæðum. Yngra fólk býr eða safnast saman á vissum stöðum á meðan eldri borgarar eru algengari á öðrum svæðum. Aldursdreifingin er ólík á skíðasvæðum í Ölpunum og smáþorpum á Ítalíu. Þar sem veiran leikur eldra fólk verr en unga bjagar það matið á dánartíðni. Að síðustu getur það verið tilviljun háð hvaða hópur innan ákveðins svæðis verður þungamiðja smitsins. Veiran fer ekki í manngreinarálit en ólukkan getur valdið því að smitið berst inn á hjúkrunarheimili á einum stað en í pönkhljómsveitagengi á öðrum stað. Hin fréttin notaði orðið afbrigði eins og það er skilið í almennu máli sem er mun víðtækara en lýst var hér að ofan. Afbrigði veirunnar eru bara stofnar af sama meiði og engin ástæða til að halda að þeir séu ólíkir eða misalvarlegir. Kórónuveirurnar fjórar sem sýkja menn að staðaldri þróast vissulega en á mun hægari tímaskala en faraldurinn sem nú gengur yfir. Ef veiran sem veldur COVID-19 verður enn á sveimi eftir tvö til þrjú ár, þá kann að vera að henni hafi gefist tími til að aðlagast manninum betur. En sem fyrr er rétt að skerpa á því að litlar líkur eru á að hún stökkbreytist í illvígara form. Samantekt:

• Veiruafbrigði eru greind út frá breytileika í erfðaefni.
• Saga smitanna veldur því að viss afbrigði veirunnar eru algeng á einu svæði en fátíð á öðru.
• Mat á dánartíðni er mjög ólíkt milli landsvæða og landa.
• Þetta tvennt býr til ásýnd fylgni milli afbrigða og dánartíðni, en sannar ekki orsakasamband.
• Engar vísbendingar eru um að afbrigði veirunnar sem veldur COVID-19 séu mishættuleg.

Tilvísanir:

1. ^ Arnar Pálsson. Eru til tvö eða fleiri afbrigði af kórónuveirunni sem veldur COVID-19? Vísindavefurinn, 14.04 2020. (Sótt 15.04.2020).
2. ^ Arnar Pálsson. Hvort er líklegra að veiran sem veldur COVID-19 verði hættulegri eða hættuminni fyrir menn vegna stökkbreytinga? Vísindavefurinn, 01.04 2020. (Sótt 07.04.2020).

Heimildir og myndir:

• Grubaugh, N. D., Petrone, M. E. og Holmes, E. C. (2020). We shouldn’t worry when a virus mutates during disease outbreaks. Nature Microbiology 5, 529–530. (Sótt 07.04.2020).
• Bedford, T. o.fl. (2020). Cryptic transmission of SARS-CoV-2 in Washington State. MedRxiv. Birt á netinu 6. apríl 2020. Athugið handritið er ekki ritrýnt og getur innihaldið villur eða rangfærslur. (Sótt 07.04.2020).
• Kór­ónu­veir­an hef­ur stökk­breyst. Mbl.is 04.03.2020. (Sótt 07.04.2020).
• 8 strains of the coronavirus are circling the globe. Here's what clues they're giving scientists. USA TODAY 31.03.2020. (Sótt 07.04.2020).
• Mynd 1. Arnar Pálsson. Birt undir CC BY-NC 2.0 leyfi.
• Mynd 2. Mynd úr handriti T. Bedford og félaga, sjá heimild hér fyrir ofan.

Grunnrannsóknir eina aðferðin til að skapa nýja þekkingu og eru því grunnforsenda allra framfara

Stjórn Vísindafélags Íslands hefur sent forsætisráðherra auk annarra ráðherra sem sitja í Vísinda- og tækniráði, bréf í tilefni af stefnumörkun stjórnvalda sem ráðið vinnur að um þessar mundir. Þar er áhyggjum lýst yfir vegna stöðu grunnrannsókna á Íslandi. Grunnrannsóknir eru þær rannsóknir sem stundaðar eru með þekkingaröflun að meginmarkmiði án þess að hagnýting sé beint takmark þeirra. Grunnrannsóknir eru jafnframt eina aðferðin til að skapa alveg nýja þekkingu og eru þær því grunnforsenda allra framfara. Mörg dæmi eru um það hvernig grunnrannsóknir nýtast á óvæntan hátt og er CarbFix verkefnið, þar sem koltvíoxíð úr andrúmsloftinu er bundið í grjót, gott dæmi um slíkt.

Í bréfinu segir meðal annars að áhersla stjórnvalda á nýsköpun sé afar jákvæð en mikilvægt sé að hafa í huga að grunnrannsóknir eru mikilvægur grundvöllur nýsköpunar, bæði þegar kemur að þekkingaröflun og þjálfun vísindamanna í rannsóknarvinnubrögðum. Bent er á að einungis 14% þeirra verkefna sem sóttu um styrki til Rannsóknasjóðs Vísinda- og tækniráðs fengu styrk í ár, sem þýðir að 86% verkefna hlutu ekki brautargengi. Í þeim hópi sem ekki hlutu brautargengi segir sig sjálft að leynast sprotar að uppgötvunum sem bæði myndu gagnast nýsköpunargeiranum en ekki síður samfélaginu öllu auk þess að búa mögulega yfir svörum við viðfangsefnum sem samfélagið stendur frammi fyrir í framtíðinni og engin leið er að spá fyrir um í dag. Það hefur því auga leið að fjármögnun til grunnrannsókna þarf að auka og tryggja.

Í bréfinu er ennfremur bent á að samkvæmt svokölluðum Barcelona-viðmiðum aðildarríkja Evrópusambandisins sé markmiðið að fjárfesting hins opinbera í rannsóknum og þróun eigi að vera 1% af vergri landsframleiðslu (VLF) en að 2% eigi að koma frá einkaaðilum. Það er raunhæft að Ísland, sem meðal annars er þátttakandi í rammaáætlunum Evrópusambandsins um menntun, rannsóknir og tækniþróun, setji sér sama markmið, en fjárfesting íslenska ríkisins í rannsóknum og þróun var 0.72% af VLF árið 2018. Vísindafélagið leggur því höfuðáherslu á að ríkið auki fjárfestingu sína í rannsóknum upp í 1% af VLF og að það framlag fari alfarið í grunnrannsóknir.

Vísindafélagið leggur í bréfinu til eftirfarandi:

Fjármagn Rannsóknasjóðs Vísinda- og tækniráðs verði tvöfaldað í þremur skrefum á árunum 2021 – 2024, þannig að í sjóðinn verði bætt sem svarar um 800 milljónum á ári á verðlagi dagsins í dag þar til heildarfjármögnun sjóðsins nái 5 milljörðum árlega.

Að tryggt verði að fjármögnun sjóðsins haldi í við efnahagsþróun. Lagt er til að fjármögnun sjóðsins verði bundin við verga landsframleiðslu á svipaðan hátt og framlög Íslands til rammaáætlunar Evrópusambandsins

Ríkið fari í sértækar aðgerðir og ívilnanir til þess að hvetja til stofnunar einkasjóða og fjárfestingar einkaaðila í grunnrannsóknum að fyrirmynd erlendra sjóða eins og til dæmis Carlsberg-sjóðsins í Danmörku.

Fylgja þarf fjárfestingu í grunnrannsóknum eftir þar til Ísland stendur jafnfætis nágrannalöndunum í vísindafjármögnun.

Vísindafélag Íslands styður þann metnað sem íslensk stjórnvöld hafa sett í fyrri stefnur og hvetur til þess að Ísland verði áfram leiðandi í tækninýjungum og haldi samkeppnisstöðu sinni á alþjóðavísu sem mun skila sér í áframhaldandi velsæld og bættum hag samfélagsins alls.

Í hér má lesa bréfið í heild sinni.

https://visindafelag.is/wp-content/uploads/Visndastefna2020-VisindafelagIslands.pdf

Lífvísindasetur skorar á stjórnvöld að efla hlut Rannsóknasjóðs Vísinda- og tækniráðs

Frá Lífvísindasetri Háskóla Íslands.
Efni: 150. Löggjafarþing 2019-2020 - Þingskjal 1 – 1. mál

Frumvarp til fjárlaga fyrir árið 2020

Lífvísindasetur Háskóla Íslands gerir alvarlegar athugasemdir við óbreytt framlög til samkeppnissjóða Vísinda- og tækniráðs frá árinu 2016 sem tilheyra málaflokki 07.10 um Vísinda- og samkeppnissjóði í rannsóknum. Í þessari umsögn gerum við málaflokki 02-236 um Rannsóknasjóð Vísinda- og tækniráðs sérstaklega skil.

Fjárframlög til Rannsóknasjóðs voru 2470 m.kr. árið 2016 og hafa haldist óbreytt á milli ára en nú ber svo við að í núverandi frumvarpi er gert ráð fyrir 2425 m.kr. sem er 45 m.kr. skerðing frá fyrra ári. Framlög til sjóðanna hafa hvorki fylgt launa- né  verðlagsþróun frá árinu 2016, en frá byrjun árs 2016 til ágúst í ár hefur  launavísitalan hækkað um 27% (farið úr 545 í 691,5) en styrkir sjóðsins fara að mestu í launagreiðslur. Miðað við núverandi frumvarp munu árleg framlög ríkisins til rammaáætlunar ESB hækka um 117% frá 2016 (úr 1800 í 3900 m.kr.). Til þess að  samkeppnisstaða Íslands sé ásættanleg gagnvart sjóðum ESB og mögulegt sé að ná aftur fjármagni þaðan þarf grunnfjárfesting í rannsóknum á Íslandi að haldast hlutfallslega í hendur við fjármögnun til ESB. Takmörkuð framlög til Rannsóknarsjóðs draga mjög úr grunnrannsóknum í lífvísindum og hafa bein áhrif á nýsköpun og atvinnulífið.

Eðlilegt er talið að árangurshlutfall úr samkeppnissjóðum á borð við Rannsóknasjóð haldist að lágmarki 25% en árið 2016 var árangurshlutfallið 25%. Það þýðir í raun að vísindamenn geti að meðaltali átt von á því að fjármagna rannsóknir sínar á fjögurra ára fresti og þannig nánast haldið samfellu í vinnu sinni, en þessir styrkir eru að jafnaði veittir í 3 ár í senn. Árangurshlutfall Rannsóknasjóðs hefur lækkað stöðugt á síðustu árum eða frá því að vera 25% árið 2016 og niður í 17% á síðast ári. Miðað við núverandi frumvarp og ásókn í sjóðinn má gera ráð fyrir að árangurshlutfallið fari niður fyrir 15% við næstu úthlutun sem er algjörlega óásættanlegt.

Allsherjar- og menntamálanefnd Alþingis ályktaði í nefndaráliti sínu vegna lagafrumvarps um útvíkkun Rannsóknasjóðs á síðasta löggjafarþingi (Þingskjal 1291 – 411. mál) um „nauðsyn þess að tryggja meira fjármagn í Rannsóknasjóð og tryggja að árangurshlutfall sjóðsins verði að lágmarki 25% ef samfjármögnun rannsóknarverkefna eigi ekki að hafa mögulega neikvæð áhrif á vísindastarf hér á landi“.

Ef tryggja á að Rannsóknasjóður haldi 25% árangurshlutfalli eins og að er stefnt og að styrkir sjóðsins haldi í við launaþróun frá árinu 2016 þurfa fjárframlög til sjóðsins að vera að lágmarki 5.200 m.kr. sem er 114% aukning frá árinu 2016 og í takt við fjármagnsaukningu í rammaáætlun ESB. Til þess að tryggja nýsköpun í landinu og til að ná aftur fjármagni úr sjóðum ESB er grunnforsenda að styrkja stoðir samkeppnissjóðanna hér á landi.

Lífvísindasetur Háskóla Íslands skorar á stjórnvöld að efla hlut Rannsóknasjóðs Vísinda- og tækniráðs. Það verður heillaspor og mun efla grunnrannsóknir sem skilar sér í bættri þekkingu á eðli lífvera, sjúkdóma og vistkerfa auk þess að efla vísindalega menntun sem er ein forsenda nýsköpunar og framþróunar í íslensku atvinnulífi.

Virðingarfyllst,
fyrir hönd stjórnar og félaga í Lífvísindasetri Háskóla Íslands,

Eru bleikjuafbrigði í Þingvallavatni að þróast í nýjar tegundir?

Ný rannsókn íslenskra vísindamanna leiðir í ljós að erfðamunur er á þremur afbrigðum bleikju í Þingvallavatni sem gæti verið vísbending um fyrstu stig myndunar nýrra tegunda. Sagt er frá niðurstöðum rannsóknarinnar í nýjustu útgáfu vísindatímaritsins Ecology and Evolution.

Frá því að ísaldarjökull lyftist af Íslandi og hörfaði af svæðinu við Þingvallavatn undir lok síðustu ísaldar, fyrir um 10-12 þúsund árum, og bleikja synti fyrst upp í vatnið hefur tegundin þróast í nokkur afbrigði sem eru ólík í útliti, stærð, atferli og lifnaðarháttum.

Menn hafa lengi vitað um þennan breytileika bleikjunnar í vatninu en fyrstur manna til að rannsaka hvers eðlis hann væri var Bjarni Sæmundsson um aldamótin 1900. Nokkru síðar átti Árni Friðriksson eftir að taka upp þráðinn. Báðir hylltust þeir að því að sum þessara afbrigða væru sérstakar tegundir. Á níunda áratugnum fóru í gang rannsóknir á bleikjunni þar sem áhersla var lögð á að veiða í öllum búsvæðum vatnsins og að ná sýnum af öllum aldurs- og stærðarhópum. Á grundvelli þessara rannsókna voru skilgreind fjögur mismunandi afbrigði bleikju í vatninu. Þau nefnast  murta, kuðungableikja, dvergbleikja og sílableikja og eru ólík hvað snertir litamynstur, sköpulag, vaxtarferla, stærð og aldur við kynþroska, og búsvæða- og fæðuval.  

Ekki er óalgengt að afbrigði hafi myndast meðal ferskvatnsfiska á norðurslóðum og er þá oftast um að ræða tvö afbrigði sem nýta mismunandi fæðu og búsvæði. Nú eru í gangi fjöldi rannsókna sem miðar að því að kanna hvers eðlis slík afbrigði eru, þ.e.a.s. hvort um sé að ræða erfðafræðilegan aðskilnað eða að afbrigðin komi fram í hverri kynslóð sem svar við mismunandi umhverfisaðstæðum í uppvexti. Á breiðari grundvelli snúa þessar rannsóknir einnig að því varpa ljósi á ferli aðlögunar að nýjum umhverfisaðstæðum og þátt slíkrar aðlögunar í myndun afbrigða og tegunda. Slíkar rannsóknir eru því mikilvægar í ljósi þeirra hröðu umhverfisbreytinga sem nú eiga sér stað. 

Framfarir á sviði sameindalíffræði hafa á allra síðustu árum opnað alveg nýjar leiðir til að nálgast spurningar um aðlögun og myndun afbrigða og tegunda. Í rannsókn vísindamannanna, sem sagt er frá í Ecology and Evoloution, var rýnt í erfðaefni þriggja afbrigðanna, murtu, kuðungableikju og dvergbleikju, með það fyrir augum að kanna erfðabreytileika milli þeirra og reyna að komast að því hvaða gen og þroskunarferlar tengjast þróun mismundandi afbrigða. Beitt var aðferðum sameindaerfðafræði, sérstaklega aðferðum sem þar sem skoðuð eru afrit af tugþúsundum gena í hverju sýni. Þannig er hægt að skoða hvenær á þroskaskeiði viss gen eru virk og í hvaða vefjum. Einnig er hægt að skoða erfðabreytileika milli einstaklinga, í þessu tilfelli milli afbrigðanna þriggja af bleikju.

 

Þrjú afbrigði bleikjunnar verið erfðafræðilega aðskilin í fjölda kynslóða

Rannsóknin leiddi í ljós að murtan, kuðungableikjan og dvergbleikjan eru erfðafræðilega aðskilin og virðast hafa verið það í fjölda kynslóða. Munurinn á afbrigðunum birtist t.d. í því að tiltekin stökkbreyting í erfðaefninu er algengari í einu afbrigði en öðru. Af þeim um 20.000 stökkbreytingum sem greindar voru í rannsókninni sýndu rúmlega 2.000 umtalsverðan mun á milli afbrigðanna. Þessar stökkbreytingar fundust á öllum litningum bleikjunnar, sem bendir til að afbrigðin hafi verið aðskilin í umtalsverðan tíma. Önnur gögn sýna enn fremur að sílableikjan, fjórða afbrigðið, aðgreinist ekki jafn skýrt og hin þrjú. Henni svipar helst til murtu en takmarkanir gagnanna koma í veg fyrir sterkar ályktanir. Nánari rannsóknir gætu skýrt hvort sílableikjur séu einfaldlega murtur sem læra að borða hornsíli eða hvort þær séu mjög nýlegt afbrigði með vægan erfðafræðilegan aðskilnað frá murtunni. 

Rannsóknin sýndi einnig að dvergbleikjan og kuðungableikjan eru skyldari hvor annari en murtan fjarskyldari, sem að sögn vísindamannanna endurspeglar vistfræði þeirra, en bæði kuðungableikja og dvergableikja hafast við og nærast á smádýrum á strandbotni Þingvallavatns en murta lifir á sviflægum krabbadýrum í vatnsbolnum. 

Framfarir á sviði sameindalíffræði hafa á allra síðustu árum opnað alveg nýjar leiðir til að nálgast spurningar um aðlögun og myndun afbrigða og tegunda. Í rannsókn vísindamannanna, sem sagt er frá í Ecology and Evoloution, var rýnt í erfðaefni þriggja afbrigðanna, murtu, kuðungableikju og dvergbleikju, með það fyrir augum að kanna erfðabreytileika milli þeirra og reyna að komast að því hvaða gen og þroskunarferlar tengjast þróun mismundandi afbrigða.

Myndun tegunda tekur skemmri tíma en áður var talið

Vísindamannahópurinn ályktar að með hliðsjón af erfðamuninum, sem fram kemur í rannsókninni, og öðrum þáttum gæti verið um fyrstu stig myndunar tegunda að ræða. Tegundir myndast þegar stofn ákveðinnar lífveru klofnar upp í tvo eða fleiri hópa, oftast eftir landfræðilegan aðskilnað en jafnvel einnig vegna sérhæfingar að ólíkum búsvæðum innan sama svæðis, t.d. vatns eða vatnakerfis. Þegar hóparnir hafa tekið miklum breytingum yfir margar kynslóðir, í útliti, lifnaðarháttum og erfðasamsetningu, getur ólíkur hrygningartími eða mismunur á mökunaratferli komið í veg fyrir að afbrigði æxlist saman og jafnvel þótt einhver brögð séu að því þá getur verið að blendingsafkvæmi, sem þannig eru komin til, séu ólíklegri til að lifa af og ná að geta af sér afkvæmi. Sé þetta raunin er talað um að hóparnir séu orðnir aðskildir. 

Lengi var talið að myndun tegunda tæki árþúsundir eða milljónir ára en nýlegar rannsóknir sýna að stofnar lífvera geta þróast mjög hratt og þessi rannsókn bendir til þess að þeir geti jafnvel aðskilist í ólíkar gerðir innan sama vatnakerfis á tiltölulega stuttum tíma. Hversu lengi bleikjuafbrigðin í Þingvallavatni standast tímans tönn er óvisst en full ástæða er til að hafa áhyggjur ýmsum hraðfara breytingum á umhverfinu eins og hækkandi hitastigi.

Fjölbreytni lífríkisins hefur heillað mannkyn frá örófi alda en með aðferðum nútímavísinda er mögulegt að rannsaka uppsprettur þessarar fjölbreytni og kraftana sem skapa hana og móta. Það hve lífríki Íslands er tiltölulega ungt og landfræðilega einangrað býður upp á einstök tækifæri til að rannsaka fyrstu skref í myndun líffræðilegs fjölbreytileika, þróun afbrigða og tegunda.

Að rannsókninni stendur hópur vísindmanna við Háskóla Íslands og Hafrannsóknastofnun auk fyrrverandi nemenda Háskólans. Fyrsti höfundur greinarinnar er Jóhannes Guðbrandsson, starfsmaður Hafrannsóknastofnunar, sem nýverið lauk doktorsprófi frá Háskóla Íslands. Auk hans koma þau Kalina H. Kapralova , Sigurður S. Snorrason, Arnar Pálsson, Zophonías O. Jónsson, Sigríður R. Franzdóttir, sem öll starfa við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands, að rannsókninni ásamt Þóru Margréti Bergsveinsdóttur, nema við Uppsalaháskóla, og Völundi Hafstað, nema við Háskólann í Lundi.

Rannsóknina má nálgast á vefnum

Við þetta má bæta a einn aðstandandi rannsóknarinnar, Kalina H. Kapralova, vann í samvinnu við meistaranemann Edite Fiskoviča stutta heimildamynd um æxlun bleikjunnar í Þingvallavatni. Myndina má finna á YouTube.

Hröð þróun við rætur himnaríkis

Andesfjöllin myndast við jarðskorpuhreyfingar, þegar tveir flekar rekast saman og bergmassinn hrúgast upp. Fjöllin hafa verið að hækka undanfarna ármilljarða, og það mætti segja að þau séu að færast nær einhverju ríki himnanna (ef oss er gefið skáldaleyfi).

Efst í fjöllunum, fyrir ofan hina eiginlegum trjálínu er mjög sérkennilegt búsvæði, sem kallast Páramos. Gróðurfarið sem er mjög sérkennilegt, blanda af graslendi, runnum og einstaka trjám, heillaði náttúrufræðinginn Alexander von Humboldt algerlega. Hann sagði:

Nowhere, perhaps, can be found collected together, in so small a space, productions so beautiful and so remarkable in regard to the geography of plants...

Nýleg rannsókn í opna vísindaritinu Frontiers in Genetics tekur saman gögn um þróun plantna á þessu einstaka svæði. Þau eru borin saman við gögn frá á öðrum svæðum þar sem vitað er að þróun er mjög hröð. Dæmi um slíka hraða þróun og tegundamyndun eru t.d. finkurnar á Galapagoseyjum og silfursverðin og ávaxtaflugurnar á Hawaii (sjá mynd af www.arkive.org).

 

Það sem er sláandi við niðurstöðurnar er að plönturnar á Páramos þróuðust hraðar en á hinum svæðunum. Síðan þetta búsvæði í Andesfjöllunum, myndaðist fyrir um 2.5 milljónum ára hefur þróun plantna verið mun hraðari á svæðinu en meðal láglendisplantna.

Það kann að vera orsök þess undraverða breytileika sem heillaði Humbolt kallinn.

Annað sem er sérkennilegt við Páramas er mun kaldari staður en hin betur þekktu himnaríki fjölbreytileikans á jörð, Galapagós eða Hawaii. 

 

Grein þessi er byggð að miklu leyti á grein eftir Carl Zimmer í New York Times - Fast-Paced Evolution in the Andes. Endurskrifuð frá grein okkar frá 2013.

Ítarefni:

Madriñán S, Cortés AJ and Richardson JE (2013) Páramo is the world's fastest evolving and coolest biodiversity hotspot. Front. Genet. 4:192. doi: 10.3389/fgene.2013.00192

Fleiri myndir má sjá á www.arkive.org og upplýsingar á vef grasafræðideildar Hawaii haskóla (Hawaiian silversword alliance, UH Botany). 

Arnar Pálsson 2011 Fjölbreytni lífsins

Leó Kristjánsson. „Hver var Alexander von Humboldt og hvert var hans framlag til vísindanna?“. Vísindavefurinn 11.3.2011. http://visindavefur.is/?id=58666. (Skoðað 12.11.2013). 

Leyndardómur Rauðahafsins

Fyrst hugsaði ég um Tinna og Kolafarminn. Og svo Móses og gönguferðina hans. En hvorutveggja er skáldskapur.

Lífríki Rauðahafsins er um margt sérkennilegt. Hafið er á mjög heitum hluta jarðar, næstum alveg innilokað af stórum þurrum landsvæðum. Í því eru merkileg kóralrif og þeim fylgja margvíslegar lífverur og lífkerfi.

Að auki var grafin skurður yfir í Miðjarðarhaf sem tengdi vistkerfi þeirra, og að auki flytja skip oft kjölfestuvatn á milli landsvæða og dreifa þannig sjávarlífverum. Þannig barst t.d. grjótkrabbinn til Íslands.

Sérfræðingur í lífríki Rauðahafsins, Michael Berumen við háskóla í Sádí arabíu heldur föstudagserindi líffræðistofnunar 31. maí.

Erindið hans nefnist:

What can the Red Sea teach us about adaptations to extreme environments?

 

Abstract: The Reef Ecology Lab in KAUST’s Red Sea Research Center explores many aspects of movement ecology of marine organisms, ranging from adult migrations to intergenerational larval dispersal. This talk will explore, in some general terms, which groups of coral reef-associated animals have high levels of endemism in the Red Sea, an ecosystem with many unique properties. It will also address patterns of connectivity, biodiversity, and biogeography in the Arabian region, including some highlights of new species recently described in the region. For some taxonomic groups, genetic and genomic patterns are investigated to help understand how the distributions of these organisms originated and how their distributions are maintained. The talk will highlight some of the interesting features of the Red Sea, such as the environmental conditions that mirror climate change forecasts for other reef regions, and how the Red Sea fits in the larger picture of biogeography of the Indian Ocean.

 

Loftslagsbreytingar og leiðtogar: Ferðasaga frá Suðurskautslandinu

Loftslagsbreytingar og leiðtogar: Ferðasaga frá Suðurskautslandinu“

Miðvikudaginn 8. maí 2019 kl. 20:00 í stofu 132 í Öskju.

Hafdís Hanna Ægisdóttir flytur næsta fræðsluerindi HÍN sem fer fram í fyrirlestrarsal Öskju, náttúrufræðihúsi Háskóla Íslands.

Við vekjum athygli á því að brugðið er út af hefðbundinni tímasetningu og verður erindið miðvikudagskvöldið 8. maí kl.20. Að loknu erindi verður boðið upp á spjall og hressingu fyrir utan fyrirlestrarsalinn.

Suðurskautslandið er framandi og heillandi heimur. Þessi kaldasta, vindasamasta og þurrasta heimsálfa jarðar hefur yfir sér ævintýrablæ landkönnuða og ofurhuga enda hefur ekkert fólk varanlega búsetu á Suðurskautslandinu og engar heimildir eða ummerki eru um að þar hafi verið byggð. Þrátt fyrir einangrun og fjarlægð frá iðnvæddum heimi, eru ummerki um loftslagsbreytingar þar greinileg. Í erindinu verður fjallað um nýlega ferð til Suðurskautslandsins á vegum alþjóðlegs leiðtogaprógrams fyrir vísindakonur. Fjallað verður um ferðalagið, lífríkið, áhrif loftlagsbreytinga á heimsálfuna og þann lærdóm sem dreginn var af ferðalaginu.

 

Hafdís Hanna Ægisdóttir lauk BS og MS námi í líffræði við Háskóla Íslands og doktorsnámi í plöntuvistfræði frá háskólanum í Basel í Sviss. Síðastliðinn áratug hefur hún starfað sem forstöðumaður Landgræðsluskóla Háskóla Sameinuðu þjóðanna sem hefur það að markmiði að þjálfa sérfræðinga frá þróunarlöndum til að takast á við landeyðingu og endurheimta vistkerfi. Árið 2017 var Hafdís Hanna fyrsti Íslendingurinn til að fá inngöngu í alþjóðlegt leiðtogaprógram, Homeward Bound, sem hefur það að markmiði að þjálfa konur með vísindabakgrunn í leiðtogahæfni, stefnumótun og vísindamiðlun sér í lagi í tengslum við loftslagsmálin. Leiðtogaprógramminu lauk með mánaðarferðalagi 80 vísindakvenna til Suðurskautslandsins í byrjun árs 2019.

 

Aðgangur að fræðsluerindum HÍN er ókeypis og öllum heimill.

Sjá nánar á vef HÍN (http://www.hin.is/)

Vertu félagi HÍN á Facebook (www.facebook.com/hid.islenska.natturufraedifelag)

Mynd af mörgæsum á suðurskautslandinu var tekin af Tom Hart, sem hélt erindi við Liffræðistofnun HÍ fyrir nokkrum árum (Rýnt í gegnum drífuna: rannsóknir á vistfræði mörgæsa)

Genatjáning í snemmþroskun og erfðabreytileiki bleikjuafbrigðanna í Þingvallavatni

Það er með töluverðu stolti sem ég fleyti hér áfram tilkynningu um doktorsvarnar erindi Jóhannesar. Það verður kátt í Öskjunni föstudaginn 26 apríl, 2019. 

Erindið verður kl. 14:00 í stofu 132.

Doktorsefni: Jóhannes Guðbrandsson

Heiti ritgerðar: Genatjáning í snemmþroskun og erfðabreytileiki bleikjuafbrigðanna í Þingvallavatni

http://luvs.hi.is/vidburdir/genatjaning_i_snemmthroskun_og_erfdabreytileiki_bleikjuafbrigdanna_i_thingvallavatni

Ágrip

Fjögur afbrigði bleikju (Salvelinus alpinus) finnast í Þingvallavatni. Afbrigðin eru talin hafa þróast innan vatnsins frá lokum síðustu ísaldar og eru ólík hvað varðar m.a. stærð, útlit, lífsferla og fæðuöflun. Meginmarkmið verkefnisins var að auka skilning á hvaða sameinda- og þroskunarferlar liggja að baki mismunandi svipgerð afbrigðanna og meta erfðafræðilega aðgreiningu þeirra á milli. Könnuð var genatjáning í snemmþroskun í leit að mismunandi tjáðum genum sem gætu þannig bent á hvaða ferlar móta þroskun ólíkra svipgerða. Erfðabreytileiki meðal afbrigðanna var metinn og athugað hvort að erfðaset með mikinn mun í tíðni samsæta, meðal afbrigða, fyndust í genum með svipuð líffræðileg hlutverk og/eða væru bundin við ákveðna staði innan erfðamengisins. Tvenns konar aðferðarfræði var beitt, í fyrsta lagi að kanna áhugaverð gen með sértækum aðferðum og í öðru lagi að rannsaka allt umritunarmengið (með RNA-raðgreiningu). Niðurstöðurnar afhjúpa ólíka genatjáningu og erfðamun milli afbrigðanna. Munur í tjáningu finnst á genum í mörgum líffræðilegum ferlum sem bendir til töluverðar aðgreiningar afbrigðanna og að mögulega hafi mörg gen verið undir náttúrulegu vali. RNA-niðurbrot í sýnum, líklega vegna tæknilegra vandkvæða í meðhöndlun þeirra, hækkaði flækjustig greininga á RNA-raðgreiningargögnum. Greining umritunarmengisins var engu að síður gagnleg þar sem tjáningarmunur fannst í genum sem tengjast myndun utanfrumugrindar og beinmyndun. Gögnin sýna mikinn mun í tíðni samsæta meðal afbrigða og var mikinn mun að finna víða í erfðamenginu. Það getur bent til æxlunarlegrar einangrunar afbrigðanna og/eða náttúrulegs vals á mörgum litningasvæðum. Mikill erfðamunur fannst til dæmis í genum tengdum ónæmiskerfinu með sértækum aðferðum og aðgreinandi erfðabreytileiki í genum tengdum kollagen-efnaskiptum og umhverfisskynjum (sjón, heyrn) var áberandi í umritunarmenginu. Genatjáningarmunur í fóstrum og skýr munur í erfðasamsetningu afbrigðanna bendir til að þau séu komin áleiðis inn á “veg tegundamyndunar”.

Um doktorsefnið

Jóhannes fæddist árið 1985 og ólst upp á Staðarhrauni á Mýrum. Hann lauk BS prófi í líffræði frá Háskóla Íslands árið 2008 og BS prófi í stærðfræði frá sama skóla árið 2010. Jóhannes hóf doktorsnám í lífræði haustið 2009. Frá árinu 2012 hefur hann verið hlutastarfi hjá Veiðimálastofnun, sem varð að Hafrannsóknastofnun árið 2016, þar sem hann stundar rannsóknir á laxfiskum. Hann sinnti einnig aðstoðarkennslu í ýmsum líffræðigreinum í Háskólanum meðfram námi.

Andmælendur:
Dr. Kathryn Elmer, dósent við stofnun líffræðilegs fjölbreytileika, dýraheilsu og samanburðar-læknisfræði við háskólann í Glasgow.
Dr. Jón H. Hallson, dósent við auðlinda- og umhverfisdeild Landbúnaðarháskóla Íslands.

Leiðbeinandi: Dr. Arnar Pálsson, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands.

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Zophonías O. Jónsson, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands.
Dr. Sigurður S. Snorrason, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands.
Dr. Einar Árnason, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands.
Dr. Páll Melsted, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild Háskóla Íslands.

Doktorsvörn stýrir: Dr. Snæbjörn Pálsson, prófessor og varadeildarforseti Líf- og umhverfisvísindadeildar Háskóla Íslands.

Sjá viðburð á facebook

 

 

Fjöldi og dreifing dílaskarfa á Íslandi

Jón Einar Jónsson og Arnþór Garðarsson segja frá rannsóknum á dílaskarfi næsta föstudag 22. mars kl. 12:30 í stofu 131 í Öskju, náttúrufræðihúsi HÍ.

Erindið verður flutt á ensku undir titlinum Numbers and distribution of the great cormorant in Iceland: limitation at the regional and metapopulation level.

Fjallað verður um niðurstöður nýlegrar rannsóknar þeirra félaga.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ece3.5028

Ágrip greinar, snarlega snarað af Jóni.

Sagt er frá niðurstöðum á rannsókn á stofnvistfræði dílaskarfs á Íslandi 1975-2015, þar sem notast var við talningar á hreiðrum úr lofti. Hlutfall ungfugla var metið með talningum á landi 1998-2014. Fjöldi unga í hreiðri var metinn af loftmyndum 2007-2015.

Fjöldi hreiðra var svipaður 1975, 1984 og 1990. Eftir lægð 1992 jókst fjöldi hreiðra um 3.5% árlega 1994-2015. Fjöldi hreiðra sýndi jákvætt samband við hrygningarstofna nytjafiska en neikvæða fylgni við svaltempruðu hafhringrásina í Norður-Atlantshafi.

Meðalstærð varpstaða jókst 1994-2001 en lækkaði 2002-2015. Hlutfall hreiðra á skerjum á móti grónum eyjum lækkaði í fyrstu, úr 69% í 44% 1994-2003 en jókst í 58% 2012-2014. Talið er að þarna séu hreiðurstæði að færast til vegna breytinga á búskaparháttum og þar með umferð manna.

Þéttleiki (fjöldi hreiðra á km2 grunnsævis <20m dýpi) var borinn saman milli fimm talningasvæða og var svipaður milli svæða 1975-1996. Eftir það jókst þéttleiki á tveimur innri, skýldari svæðum og einu af þremur ytri, skjólminni svæðum, samtímis því lækkaði þéttleiki á einu ytra, skjólminna svæði en stóð í stað í því þriðja. Skýldari, innri svæðin báru því fleiri hreiður á rannsóknatímanum en þar hafði umgangur manna aftrað skarfavarpi.

Fjöldi unga í hreiðri var sviðaður milli svæða en lækkaði 2007-2015 úr 2.5 að meðaltali í 1.8 unga/hreiðri.

Hlutfall ungfugla í September lækkaði 1998-2015 úr 0.4 í 0.3 og sýndi neikvætt samband við ártal og fjölda hreiðra ef árið 2002 var undan skilið. Þetta bendir til þéttleikaháðra áhrifa á hlutfall ungfugla. Lífslíkur ungfugla í September-Febrúar reiknuðust sem 0.471+0.066SE. Hlutfall ungfugla sýndi ekkert samband við loftslagsbreytingar eða fiskistofna.

Árlegar lífslíkur fullorðinna, reiknaðar út frá fjölda hreiðra og aldurshlutföllum 1999-2014 voru 0.850±0.026SE.

Stofnstærð dílaskarfs á Íslandi var því talin takmörkuð af fæðuframboði í gegnum ungaframleiðslu innan talningasvæða og af lífslíkum að vetrarlagi.

Staða þekkingar á fiskeldi í sjó

Hvað vitum við um fiskeldi í sjó og hugsanleg áhrif þess á umhverfið?

Hið íslenska náttúrufræðifélag efnir til málstofu um fiskeldi í sjó mánudaginn 25. mars kl. 17:15 í stofu 132 í Öskju, náttúrufræðihúsi Háskóla Íslands. Aðgangur er öllum heimill og ókeypis.

Markmiðið er að kynna stöðu vísindalegrar þekkingar um hugsanleg áhrif fiskeldis á umhverfið. Ekki er leitað eftir afstöðu fræðimanna til málaflokksins heldur er fyrst og fremst boðið upp á upplýsingar, fróðleik og tækifæri til umræðna. Til fundarins munu koma vísindamenn á sviði líffræði og hafefnafræði með víðtæka þekkingu, bæði sem fyrirlesarar, fulltrúar á pallborði og sem sérfræðingar í sal.

Flutt verða þrjú stutt kynningarerindi en síðan verða umræður á pallborði og úr sal.

Málstofan tekur tvær klukkustundir í heildina. Þetta verður því knappur en fyrst og fremst upplýsandi og spennandi fræðslufundur.