Urbanizacja wpływa na ewolucję życia - najnowsze badania

Wyniki badań opublikowano w „Science”. Na stronie internetowej informuje o nich Uniwersytet Warszawski (UW).

Zmiany w środowisku miejskim

Miasta rozrastają się w szybkim tempie, dostosowując się do coraz większej liczby mieszkańców. Są same w sobie nowym ekosystemem. Ostatnie badania wykazują, że zmiany w środowisku miejskim mogą wpływać na cztery procesy ewolucyjne: mutacje, dryf genetyczny, przepływ genów i adaptację będącą wynikiem doboru naturalnego – czytamy w opisie badań opublikowanym przez UW.

Naukowcy pod kierownictwem prof. Marca T. Johnsona, prof. Roba Nessa i doktoranta Jamesa Santangelo z University of Toronto Mississauga (UTM) postanowili zbadać, czy rośliny mogą w podobny sposób przystosowywać się do środowiska miejskiego w różnych miastach na całym świecie (tzn. czy występuje zjawisko paralelizmu ewolucyjnego). Badacze przyjrzeli się koniczynie białej (Trifolium repens L., Fabaceae), obecnej w niemal każdym mieście na Ziemi. Jej populacje są polimorficzne pod względem produkcji cyjanowodoru (HCN), stanowiącego ochronę przed roślinożercami. Oznacza to, że istnieją rośliny cyjanogenne i acyjanogenne. Wpływ na cyjanogenezę mogą mieć procesy urbanizacyjne.

Koniczyna biała pod lupą naukowców

287 naukowców z zespołu Global Urban Evolution Project (GLUE) zbadało populacje koniczyny białej rosnące w miastach z różnych stref klimatycznych. Pobrali w tym celu 110 019 próbek roślin ze 160 miast w 26 państwach. W pracach zespołu uczestniczyła dr hab. Marta Szulkin, prof. ucz. z Centrum Nowych Technologii UW oraz Justyna Szulc, była pracowniczka CeNT-u.

– Protokół zbierania koniczyny do projektu był ten sam dla wszystkich 160 miast – dla każdego miasta próby były pobierane z 50 stanowisk ustawionych liniowo na gradiencie urbanizacji. W naszym przypadku próby były pobierane na odległości ok. 30 km, od Powiśla do okolic Góry Kalwarii, a następnie analizowane biochemicznie w naszym laboratorium. Wyniki oraz próby DNA zostały przesłane dalej do Kanady – mówi prof. Marta Szulkin, cytowana w komunikacie prasowym UW.

Jak dodaje, badania zostały zainicjowane w bardzo nietypowy sposób: prof. Marc Johnson, przebywając na urlopie naukowym, jeździł po świecie z rodziną, tym samym zbierając koniczynę w wielu miastach Azji i Ameryki Południowej. Zainspirował później wielu naukowców, ale też studentów i przyrodników, aby dołączyli do projektu.

Wpływ na ewolucję życia

To, co odkryli badacze, jest – jak podkreślają – najbardziej jak dotąd wyraźnym dowodem na to, że ludzie, a w szczególności mieszkańcy miast, wpływają na ewolucję życia na całym świecie. Od Toronto po Tokio, od Melbourne po Warszawę, koniczyna biała często ewoluuje w bezpośredniej odpowiedzi na zmiany środowiskowe zachodzące w środowisku miejskim.

– Od dawna wiemy, że w dość znaczący sposób przekształciliśmy miasta i zmieniliśmy środowisko i ekosystemy – mówi James Santangelo z UTM. – Dzięki naszym badaniom udowodniliśmy, że często dzieje się to w podobny sposób w skali globalnej – dodaje.

Badania GLUE pokazują, że warunki środowiskowe w miastach są zazwyczaj bardziej podobne do siebie niż do pobliskich siedlisk wiejskich. W tym sensie centrum Toronto jest pod wieloma względami bardziej porównywalne do centrum Tokio, niż do okolicznych pól uprawnych i lasów poza miastem.

Globalna adaptacja do miast

Naukowcy nie tylko byli w stanie zaobserwować globalną adaptację do miast, ale zidentyfikowali także genetyczne podstawy tej adaptacji oraz środowiskowe czynniki ewolucji. Koniczyna biała produkuje cyjanowodór zarówno jako mechanizm obronny przed roślinożercami, jak i w celu zwiększenia swojej tolerancji na stres wodny.

Badania GLUE wykazały, że koniczyna rosnąca w miastach wytwarza mniej HCN niż ta na sąsiadujących z nią obszarach wiejskich, co wynika z powtarzającej się adaptacji do środowiska miejskiego.

– Badania te pozwalają zrozumieć, w jaki sposób ludzie zmieniają ewolucję życia wokół nas. Jest to ważne nie tylko dla ekologów i biologów ewolucyjnych, ale też dla całego społeczeństwa – mówi prof. Rob Ness z UTM, cytowany w prasowym komunikacie.

Obserwacja przyrody w mieście

– Bardzo cieszy mnie to, że coraz dokładniej przyglądamy się przyrodzie w mieście i staramy się zrozumieć procesy biologiczne i ewolucyjne, dzięki którym przynajmniej niektóre organizmy żywe radzą sobie w mieście dobrze. Jestem pewna, że zaangażowanie ludzi – naukowców, nauczycieli i pasjonatów – w badania z zakresu biologii ewolucyjnej miast będzie kluczowe dla zrobienia znaczących postępów w tej dziedzinie nauki. Konstruktywne wykorzystanie mediów społecznościowych, aby zainspirować ludzi do działania i zebrania wysokiej jakości danych dzięki dobrze przygotowanemu programowi badawczemu, też jest jednym z bardzo ważnych przesłań naszej pracy – dodaje prof. Marta Szulkin.

Publikacja artykułu w „Science” jest dla zespołu GLUE początkiem badań na szerszą skalę. Ponad 110 000 zebranych próbek koniczyny i ponad 2,5 tys. zsekwencjonokanych genomów tej rośliny pozwoliły utworzyć ogromny zbiór danych, który posłuży do wielu analiz w przyszłości.

PAP – Nauka w Polsce