Kungliga Fysiografiska Sällskapet i Lund logotyp

2004

Linnémedaljen i guld

Marianne Hielm Pedersén, professor, Stockholms universitet

Jag är född i Stockholm och läste biologi vid Uppsala universitet. Därefter har jag varit anställd vid Uppsala universitet som lärare och forskare i botanik i 39 år. Sedan 1996 har jag varit verksam vid Stockholms universitet.

I min forskning på marina makroalgers fysiologi har jag bland annat studerat fotosyntes, kol- och kväveupptag, produktion av polysackarider i cellväggarna, syntes och nedbrytningsvägar för stärkelse i rödalger, oxidativ stress och försvarsmekanismer mot oxidativ stress. Inom min forskargrupp har vi t.ex. identifierat och karakteriserat två hitintills okända enzymer verksamma vid syntes och nedbrytning av stärkelse (se nedan).

Jag har även i ett mer ekologiskt inriktat projekt studerat hur algsamhällena efter svenska västkusten förändrats på grund av påverkan från giftalgsblomning och ökad sedimentation av partiklar och i ett mera praktiskt inriktat projekt studerat hur alger kan användas för rening av vatten från fiskodlingar i Östersjön.

I ett marint samarbetsprogram med universitetet i Dar es Salaam, Tanzania (Sida/Sarec med början 1989) har jag studerat odling av tropiska rödalger innanför korallreven på Zanzibar.
Jag har också i samarbete med Kina undersökt och odlat rödalgsarter lämpliga för dammodling.

I rödalger bildas stärkelse under fotosyntesen inte i kloroplasterna som hos alla gröna växter utan i cytoplasman utanför kloroplasterna. Denna syntes sker med hjälp av ett nytt-upptäckt enzym, ett UDP-glukos stärkelse syntas, som använder UDP-glukos i stället för ADP-glukos. Det är biokemiskt mera lik glykogensyntaser från djur och svampar än stärkelsesyntaser från växter, vilket reser en fråga om hur rödalgerna utvecklats under evolutionen.

Tidigare känt är att stärkelse/glykogen bryts ned av hydrolaser (amylas) och fosforylaser som ger glukos respektive glukos-1-fosfat. I rödalger har vi funnit en ny nedbrytningsväg för stärkelse med hjälp av ett nytt enzym, -1,4-glucan lyas (EC 4.2.2.13) som ger upphov till kolhydraten, 1,5-anhydro-D-fruktos. 1,5-anhydrofruktos är prekursor för microthecin ett antibiotikum som finns i svampar och som vi också identifierat i rödalger. Nedbrytningen av stärkelse/glykogen i rödalger, svamp och många andra organismer inkluderande numera också människan via 1,5-

anhydrofruktos representerar en ny tidigare okänd nedbrytningsväg. Upptäckten av enzymet glukan lyas kan leda till en billig framställning av 1,5-anhydrofruktos ur stärkelse av betydelse för industrin. 1,5-anhydrofruktos har tidigare endast framställt syntetiskt, vilket är komplicerat.

Olika miljöfaktorers inverkan på fotosyntes och tillväxt har studerats i många arter av makroalger. Rödalgen Gracilaria tenuistipitata som odlas i brackvattensdammar i Kina för mat och mjukgörare, kan växa snabbt >40 % viktsökning per dag. Vi har studerat dess

förmåga att växa snabbt i mycket förorenade miljöer. Den snabba tillväxten sker även vid högt pH ca 10 vilket visar att algen har ett aktivt karboanhydras i cellväggen och förmåga att utnyttja bikarbonat som kolkälla. Vi har visat att den fungerar utmärkt tillsammans med regnbåge i fiskdammar för rening av vattnet från kväve och fosfor i Östersjön.

Makroalger kan också ha s.k. protonpumpar i cellmembranen, som aktivt pumpar in bikarbonat eller koldioxid i cellen. Hos brunalgen Laminaria har vi visat att denna kolpump kraftigt aktiveras av mycket små mängder blått ljus och att fotosyntesen hos denna alg tack vare kolpumpen kan öka till det dubbla jämfört med fotosyntesen i enbart rött ljus. Detta kan vara av betydelse för tillväxten och etableringen av Laminaria i en tät algbädd eller algskog.
I enlighet med universitetens 3:e uppgift har jag startat ett antal företag:

1962 som nybliven doktorand inköpte jag tillsammans med min professor, några algforskare och medlemmar av Smålands nation i Uppsala en rakstävad engelsk kutter ”Sunbeam” för en forskningsexpedition till Medelhavet för att studera algfloran där. Vi bildade ett aktiebolag om kuttern som fortfarande är i vår ägo. Hon har använts som provtagningsfartyg längs svenska kusten i 40 år nu.

1983 bildade vi i min forskargrupp Thalassa AB. Företaget är fortfarande verksam i Uppsala och sysslar med toxicitetstester av vatten från olika industrier, läckage av båtbottenfärger och konsultverksamhet.

1996 bildade vi tillsammans med Dr Curt Nicolin produktionsbolaget Astacaroten AB för produktion av antioxidanten astaxantin från grönalgen Haematococcus. Företaget är verksamt i Gustavsberg utanför Stockholm men ägs i dag av ett japanskt bolag och har bytt namn till AstaReal AB. Min första doktorand Åke Lignell arbetar fortfarande där som forskningschef. Två andra personer från vår forskargrupp arbetar också kvar i företaget.

Thunbergmedaljen

Hans Hultborn, professor, Panum Instituttet, Köpenhamn, Danmark

Nätverk av nervceller skapar rörelse: den integrativa ryggmärgsfysiologin

Vårt normala rörelsemönster – när vi sträcker ut armen för att gripa tag i pennan, när vi går, eller när vi ”bara” andas – kräver att musklerna aktiveras helt ”precist”; vilka muskler, hur starkt och tidsmässigt. Minsta avvikelse vill göra att vi inte når pennan, att gången blir ostadig – och om vi inte andas så blir det snart avlutningen på livet! Rörelsemönstret skapas av nätverk av nervceller i hjärnan och ryggmärgen, men det är inte bara nätverket, men också nervcellernas egna egenskaper som är av avgörande betydelse. Hans Hultborn har speciellt utforskat ryggmärgens nätverk för gångfunktionen. Det kan inte arbeta isolerat – för den normala gången är det nödvändigt att sinnessignaler från musklerna, lederna och huden hela tiden justerar det centrala programmet, så att gångrörelsen anpassas till omgivningarna. Hans Hultborn och hans medarbetare har speciellt studerat betydelsen av informationen från musklernas egna sinnesorgan. Det är fört och främst försök utförda på djur, men kunskapen har sedan konfirmerats på normale försökspersoner – och detta har sedan fört fram till att man nu designer nya rehabiliteringsprogram för ryggmärgsskadade patienter. När ryggmärgens ”gångcentra” inte kan styres effektivt från hjärnan, kan man ”lära” ryggmärgen at lyssna mera på sinnessignalerna från benen. Samarbete med utländska forskningscentra har medfört att sådana rehabiliteringsprogram introducerats - inte minst i Canada, USA och Tyskland.

Hans Hultborn och hans medarbetare har också utforskat motorneuronernas egenskaper, och har inom detta område uppnått en internationellt ledande position. Det är dessa nervceller som samlar samman all information från ryggmärgens nätverk – varje motorneuron summerar effekten från ca 20 000 kontakter – och sänder signalerna till musklerna och får dem att kontrahera sig. Det ”Köpenhamnsgruppen” speciellt har påvisat är att motorneuronerna inte fungerar som en enkel ”summationsmaskin”. De har påvisat att de dessutom fungerar som ”variabla förstärkare” – man kunde jämföra det med att skruva upp och ned för styrkan på högtlarförstärkaren! Det är speciella kemiska ”transmittorer” från hjärnstammen (t.ex. serotonin) som är med till att reglera motorneuronernas förstärkning. Det sker genom att reglera en speciell jonkanal som är en central komponent i denna ”förstärkare”. Kort sagt fungerar det så att man ”skruvar upp för volymen” när man går eller springer jämfört med när man sitter i fåtöljen eller ligger i sängen. Efter ryggmärgsskador eller en hjärnblödning så fungerar inte denna kontroll normalt – volymen är hela tiden for hög. Det leder till spasticitet och på det hela taget ökade reflexer som gör det svårare för dess patienter att röra sig normalt.

Roséns Linnépris i botanik

Göran Sandberg, professor, Sveriges Lantbruksuniversitet, Umeå

Sandberg forskar på hur hormoner reglerar tillväxt och utveckling i växter och har under senare tid speciellt riktat sitt intresse mot växternas stamceller. Denna pool av odifferentierade celler utgör en unik resurs som möjliggör växternas mångfacetterade och plastiska tillväxt. Till skillnad mot djur så har växterna valt en helt annan strategi för att styra stamcellers utveckling där det av Sandberg studerade hormonet auxin spelar en viktig roll.

Sandberg har också varit en av de främsta drivkrafterna i det Svenska trädgenomprojektet där man i samarbete med Amerikanska och Kanadensiska forskargrupper bl. a. tagit fram hela gensekvensen för det första trädet, Poppel.

Sara von Arnold, Institutionen för växtbiologi och skogsgenetik, Sveriges Lantbruksuniversitet, Uppsala

Somatisk embryogenes hos barrträd.
Det naturliga förökningssättet för barrträd är via frön. I fröet utvecklas ett fröanlag (embryo) efter sammansmältning av två könsceller. Somatisk cell är benämning på en cell som inte är en könscell. Somatiska växtceller som odlas sterilt i näringslösning som innehåller salter, socker, vitaminer och tillväxtregulatorer (växthormoner) kan stimuleras att börja dela sig och bilda cellaggregat. Med speciell behandling kan cellerna i detta aggregat utvecklas till embryon. Cellaggregatet kallas embryogen kallus och embryona som har utvecklats från somatiska celler kallas somatiska embryon. De somatiska embryona utvecklas på samma sätt som fröembryon och när de har mognat gror de och växer upp till plantor.

Somatiska embryon kan vara användbara vid förädlingsarbetet av barrträd. Skillnaden mellan de plantor som utvecklas från fröembryon respektive somatiska embryon är att de förra har en unik kombination av gener, medan de senare är genetiskt identiska med den planta från vilken de framställts. Plantor som utvecklas från somatiska embryon är därmed kloner av ursprungsplantan. Vi har utvecklat metoder att framställa somatiska embryo plantor från gran och tall. I båda fallen utgår vi ifrån ungt material (fröembryon). Metoden att föröka gran fungerar bra och kan utnyttjas för storskalig förökning. En fördel med metoden är att de somatiska embryona kan lagras i flytande kväve. Vid förädlingsarbetet med barrträd anläggs fältförsök för att testa egenskaperna hos olika kloner. Efter 20 år kan en klons värdefulla egenskaper fastställas. Då har träden blivit för gamla att förökas vegetativt via sticklingar, vilket är det vanligaste vegetativa förökningssättet. De utvalada träden kan användas som föräldrar i fröplantager men en stor del av förädlingsvinsten går då förlorad. Genom att använda somatiska embryon kan man förvara alla kloner i flytande kväve och när elitklonerna har identifierats i fältförsöken, kan man tina just de klonerna och föröka upp dem.

Modellväxten backtrav (Arabidopsis) används för att studera hur olika egenskaper och olika utvecklingsprocesser regleras hos växter. Backtravens hela genom är sekvenserat och det finns ett mycket stort antal mutanter som kan utnyttjas i forskningen. Backtrav hör till de gömfröiga växterna (angiospermer) medan barrträden hör till de nakenfröiga växterna (gymnospermer). Man räknar med att de gömfröiga och de nakenfröiga växterna separerade för ca 300 miljoner år sedan. Trots att de två växtgrupperna separerade för mycket länge sedan finns det många likheter i växternas uppbyggnad. Den tidiga embryoutvecklingen är emellertid olika. Under embryoutvecklingen hos växter anläggs de grundläggande vävnaderna. Hur denna process regleras har studerats hos modellväxten backtrav. Däremot är våra kunskaper om embryoutvecklingen hos barrträden mycket begränsade. Barrträdens arvsmassa är mycket större än backtravens och det finns inga karaktäriserade mutanter. I vår forskningsgrupp använder vi somatiska embryon av gran för att studera barrträdens embryologi. Vi kan ändra uttrycket av de gener vi studerar med genteknik. Vi har kunnat påvisa både likheter och olikheter i hur embryoutvecklingen regleras hos gömfröiga och nakenfröiga växter.

Roséns Linnépris i zoologi

Leif Andersson, professor, Uppsala universitet

Leif Andersson är gästprofessor i funktionsgenomik vid Uppsala Universitet och professor i husdjursgenetik vid Sveriges Lantbruksuniversitet. Anderssons forskning syftar till att förstå sambandet mellan gener och egenskaper. Han använder våra husdjur som modell och har gjort banbrytande insatser inom detta forskningsfält. Trots att hela arvsmassan är kartlagd hos ett antal olika organismer, inklusive människan, så vet vi förbluffande lite om den molekylära bakgrunden för ärftlig variation i olika egenskaper. Det beror på att de allra flesta biologiska egenskaper (till exempel längd, vikt och beteende) och många vanliga sjukdomar (till exempel diabetes, astma, hjärt- och kärlsjukdomar) har en komplex multifaktoriell bakgrund vilket innebär att de påverkas av många gener i samverkan med miljöfaktorer. Husdjuren är särskilt väl lämpad för denna typ av studier på grund av det selektiva urval vi har bedrivit under de tusentals år som passerat sedan husdjuren domesticerades från sina vilda förfäder, till exempel vildsvin och djungelhöns. Andersson och hans medarbetare har korsat vildsvin med tamsvin och djungelhöns med moderna värphöns för att kunna kartlägga och identifiera de gener som haft störst betydelse under husdjurens domesticering. Modern molekylärgenetisk analys i kombination med sofistikerad statistisk analys används för att reda ut sambandet mellan gener och egenskaper. De har identifierat de mutationer som gör att många tamgrisar är vita, eftersom de saknar pigmentceller i huden, samt den mutation som gör att många tamhöns har en vit fjäderdräkt. De har också påvisat en mutation i en känd tillväxtfaktor (IGF2) som gör att våra tamsvin får mer muskler och är mindre benägna att bli feta än vildsvinet. Det som är spännande med denna förändring av ett enda baspar i arvsmassan är att den förekommer i en del av genen som ej kodar för proteinet i fråga utan påverkar genens reglering. Grisar som har denna mutation uttrycker mer av IGF2 proteinet i muskel vilket i sin tur leder till en förhöjd muskelmassa. Resultaten har lett fram till viktiga praktiska tillämpningar inom husdjursnäringen och är också av intresse för humanmedicinen eftersom upptäckten har gett ny basal kunskap om bland annat muskelns tillväxt och energiomsättning. En annan upptäckt som fått en stor praktisk betydelse är identifieringen av en dominant mutation hos gris som ökar mängden glykogen i skelettmuskel. Mutationen påverkar faktiskt julskinkans kvalitet. Julskinka från grisar som bär denna mutation får ett lägre pH och förlorar mer vatten under tillagningen. Återigen har upptäckten en potentiell medicinsk betydelse eftersom Andersson och medarbetare nyligen kunnat visa att den aktuella genen (AMS-aktiverat protein Kinas) har en central roll i upptaget av glukos till skelettmuskeln, en egenskap som är försämrad hos patienter med Typ II diabetes.

Dan Larhammar, professor, Uppsala universitet

Zoologisk forskning: ryggradsdjurens genuppsättning
Allt fler studier har under de senaste åren visat att människans arvsmassa består av kromosomsegment som liknar varandra. Flera kvartetter av likartade kromosomsegment tyder på att hela arvsmassan för länge sedan, ca 450 miljoner år, fördubblades i två omgångar (från en till två till fyra kromsomuppsättningar). Emellertid har denna hypotes varit kontroversiell och mött starkt motstånd från vissa forskare. Min forskningsgrupp har presenterat resultat som ger starkt stöd för teorin om fördubbling av arvsmassan i ryggradsdjur.

Under flera år har min grupp studerat ett signalämne i hjärnan kallat NPY (neuropeptid Y). NPY är det signalämne som starkast stimulerar aptit av alla signalämnen och är därför intressant för utveckling av bantningsmedel. Vi har studerat genen för NPY och dess besläktade signalämnen, liksom för de olika receptorerna (mottagarna) för NPY. Vi har kartlagt generna i ett stort antal djurarter bland ryggradsdjuren.

Jämförelser mellan djurarterna visar att både de NPY-lika generna och receptorgenerna blev fler på ett tidigt stadium i ryggradsdjurens evolution, innan de första käkförsetta djuren uppstod, dvs. innan hajar och fiskar/fyrfotingar gick skilda vägar för över 400 miljoner år sedan. Eftersom många andra genfamiljer som vi undersökt visar samma mönster med tidiga fördubblingar så tyder detta på att hela kromosomer fördubblades tidigt i ryggradsdjurens evolution.

Bland de arter vi studerat finns, förutom däggdjur, vanliga modellarter som kyckling, sjögroda, zebrafisk, pigghaj, och flodnejonöga. Våra ännu opublicerade resultat för de nyligen sekvenserade genomen från blåsfiskar har givit massivt stöd för kromosomfördubblingar. Dessa studier styrker också hypotesen att benfiskarna genomgått ytterligare en fördubbling av arvsmassan.

Vi har dessutom upptäckt att många nya gener i synsinnet uppstod under denna period. De nya generna gjorde det möjligt för ögats celltyper att specialiseras. Flera gener som skiljer sig mellan tappar och stavar har således funnits i 450 miljoner år.

Många genkopior har förlorats efter kromosomfördubblingarna, men de snarlika konstellationerna av gener tyder ändå på att hela kromosomer kopierats. Alla nya gener som uppstod tack vare kromsomfördubblingarna bidrog sannolikt till ryggradsdjurens snabba utveckling.

Assar Haddings pris

Svante Björck, professor, Lunds universitet

Björcks forskning behandlar olika aspekter av kvartärgeologi i olika delar av världen. Klimatutvecklingen under den senaste istidscykeln studeras i den atlantiska regionen, speciellt på öar, från Grönland till Antarktis. Speciellt intresse inriktas på distinkta klimatförändringar, deras exakta ålder, bakomliggande processer och deras påverkan på den omgivande miljön. Undersökningsområden utgörs av södra och östra Grönland, Island, Färöarna, södra Skandinavien, Azorerna, Grenada, Tristan da Cunha ögruppen, subantarktiska öar och Antarktiska halvön. Sjösediment, torv och glacial avlagringar är de viktigaste arkiven, vilka analyseras med många paleoklimatiska parametrar och hög tidsupplösning. En speciell målsättning är att kartlägga, i tid och rum, klimathändelser på de två halvkloten för att förstå de klimatiska kopplingarna mellan dessa. Björcks forskning rör också relationen mellan havsytans nivåförändringar och landhöjning på södra Grönland och i Skandinavien och ett av hans specialintressen är Östersjöns komplexa senkvartära utvecklingshistoria.

Eva och Lars Gårdings pris

David House, professor, Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm

Kort sammanfattning av mitt arbete
Fonetiken är den del av språkvetenskapen där man intresserar sig för talljud. Specifikt studerar man hur talet bildas och hur det uppfattas, t.ex. hur vi formar och uppfattar olika vokaler och konsonanter. En annan viktig aspekt av talat språk är dess melodi eller intonation. Vi använder t.ex. tonfall för att betona ett ord eller att binda samman ord till en fras i ett längre budskap. Speciellt intressant är intonation i samtal där tonfall används förutom att betona och frasera, också för att signalera turtagning och återkoppling i dialogen.

I mitt arbete har jag främst intresserat mig för hur vi uppfattar tonala rörelser i tal, framförallt i svenska men också i andra så kallade tonspråk som kinesiska och thailändska. Med hjälp av syntetiskt tal har jag kunnat systematiskt manipulera det tonala förloppet i tal för att sedan spela upp testmeningar för bedömning hos en lyssnarpanel. Resultaten visar att det inte bara är tonhöjden som är viktig, utan också var i stavelsen tonen rör sig. Tonrörelsens placering kan bestämma ordets betydelse i ett tonspråk eller den sociala funktionen i en fras. Genom t.ex. tontoppens placering kan man ändra en brysk uppmaning till en artig fråga.

På senare år har jag intresserat mig också för visuella ledtrådar i mimik som kombineras med intonation för att förmedla expressivitet i talad interaktion. Exempel på sådana gester är ögonbrynsrörelser, leenden och huvudnickningar. Med hjälp av modern animationsteknik är det möjligt att experimentera med sådana gester i kombination med intonation. Resultaten visar att läpprörelser, ögonbrynsrörelser och huvudnickningar effektivt kompletterar vår uppfattning av tonfall i talet.

Förutom att öka vår kunskap om hur talet fungerar i interaktion människor emellan, kan mina forskningsresultat användas för att förbättra intonation i talsyntes. På sikt kan även denna kunskap användas för att öka expressivitet i datoranimerade ansikten.

Francisco Lacerdas, professor, Stockholms universitet

Populärvetenskaplig beskrivning av min forskning
Sedan slutet på 1980-talet har Francisco Lacerdas forskningsarbete vid institutionen för lingvistik, Stockholms universitet, haft spädbarnets tidiga tal- och språkutveckling som huvudtema. En mycket viktig led i detta forskningsarbete är de experimentella studier av hur spädbarn uppfattar talspråket som förekommer i barnets omedelbara
omgivning. Genom att utnyttja en rad olika undersökningstekniker har forskningsgruppen undersökt i början på
1990-talet, i samarbete med kollegor vid University of Washington, Seattle, USA, spädbarnets förmåga till att uppfatta kontraster mellan språkljud som förekommer så väl isolerade som i stavelser eller i ord.

Under de senaste åren har forskningsfrågorna börjat fokuseras på mera grundläggande aspekter och arbetet omfattar nu mera djupgående och naturalistiska laboratoriestudier av hur spädbarnet förmår utvinna lingvistisk information ur sitt samspel med omgivningen. För närvarande använder gruppen avancerade tekniker för att i kontrollerade situationer studera spädbarnets förmåga att utnyttja audiovisuell information och härleda innebörden av olika? målord? Forskningsarbetets övergripande mål är att studera hur ett intelligent system lär sig att extrahera relevant lingvistisk information ur sitt samspel med omgivningen, utan att ha lingvistisk förkunskap eller inbyggda specifika lingvistiska mål. För att ta fasta på människans unika språkkapacitet bedrivs nu arbetet på tre fronter, där studier av spädbarnets talspråksutveckling (Stockholms universitet) kombineras med inlärningsstudier hos djur (Dept. Psychology, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, USA) och slutligen testas med matematiska modeller som skall kunna testas som robotar (TMH/KTH, Stockholm). Synen på talspråksutvecklingen hos spädbarn som resultat av barnets samspel med sin omgivning börjar nu formaliseras i en allmängiltig? ekologisk teori av tidig talspråksutveckling? (ETLA, Ecological Theory of Language Acquisition).

Sten och Ingrid Ahrlands pris

Saeid Esmaeilzadeh, docent, Arrheniuslaboratorierna, Oorganisk Kemi ,Stockholms universitet

Silicates are the second largest group of inorganic materials next to oxides. There are over 1000 known silicates as natural mineral and several hundreds synthesised in laboratories around the world. The applications of silicates in our modern society are countless, ranging from window glasses to fibre optical devices and construction materials. By introducing nitrogen in silicates in chemical systems such as M-Si-O-N, the structural and chemical flexibility, of this group of materials, is expanded significantly. During the last years of synthesis development in this field, several new crystalline and amorphous compounds have been obtained with interesting mechanical, optical, magnetic and magneto-optical properties. These newly discovered materials have been found to be interesting, not only for fundamental research in the field of silicate chemistry, but they show also high potential for various industrial applications.