Рослини еволюціонують у містах за 60 років через спеку

Еволюція відбувається не лише протягом мільйонів років на віддалених островах. Згідно з новим дослідженням Університету Кобе, еволюція відбувається прямо в наших містах, і саме ми її рушійна сила. Якщо одні види повністю зникають з міст, то інші адаптуються на наших очах.

Протягом десятиліть екологи розглядали міста як біологічні пустелі. Ми заасфальтували природу, побудували парковки та припустили, що природа придушена. Але не вся природа відступила. Візьмемо, наприклад, коммеліну звичайну, або азіатську денну квітку. Ця рослина є рідною для більшої частини Східної Азії та північних районів Південно-Східної Азії, але її завезли в багато регіонів Європи та Північної Америки. Можливо, ви проходили повз неї дорогою до метро або в парку.

Еколог з Університету Кобе Усімару Атусі вивчав коммеліну звичайну понад 20 років. Нещодавно він почав замислюватися про деякі незвичайні варіації. «Спостерігаючи за рослиною в різних міських середовищах, я помітив відмінності в розмірі, квітах та періодах цвітіння, що викликало у мене цікавість щодо причин цих варіацій», — розповідає дослідник.

Це класична загадка в біології: чи деякі рослини низькі через бідний ґрунт (пластичність), чи вони низькі, тому що генетично еволюціонували до такого стану (адаптація)? Чи страждає рослина через міське середовище, чи адаптується до нього та процвітає?

Щоб з'ясувати це, Усімару залучив свого колишнього аспіранта Наката Таїті для вивчення рослин у мегаполісі Кейхансін — величезному міському масиві, що з'єднує Осаку, Кіото та Кобе. Цей регіон унікальний. Хоча це один з найбільших міських регіонів у світі, він являє собою мозаїку сірого та зеленого. Тут рисові поля розташовані поруч з хмарочосами, а автомагістралі проходять через стародавні сільськогосподарські угіддя, все це в однакових кліматичних умовах. Це як міська лабораторія.

«Рідко трапляється, що рідні рослини здатні процвітати в широкому діапазоні середовищ, від сільських рисових полів до міських доріг та тріщин у тротуарах», — зазначає Наката.

Команда не просто порівнювала «місто» проти «села». Це вже робили раніше на багатьох рослинах. Натомість вони досліджували нюанси міського ландшафту та його вплив на рослини. Вони порівнювали популяції з добре збережених сільськогосподарських угідь з тими, що ростуть у парках та тріщинах біля доріг.

Те, що вони виявили, було класичним прикладом «адаптивної радіації» — терміна для позначення диверсифікації виду для заповнення різних екологічних ніш. Але зазвичай такі ніші — це речі на кшталт «навіс тропічного лісу» проти «лісової підстилки». Тут же ніші — це «тріщина в тротуарі» проти «клумби в парку».

Багато елементів відрізняються, включаючи ґрунт, місцеве забруднення та навколишню рослинність. Але головним рушієм, підозрюють дослідники, є спека. Бетон поглинає сонце весь день і випромінює його назад всю ніч. У середовищах існування, які вивчала команда Усімару, температура поверхні землі в міських районах підвищувалася до 8 градусів Цельсія вище, ніж у сільській місцевості. Це так званий ефект міського теплового острова. Бетон також вимиває кальцій, роблячи міські ґрунти менш кислими, ніж природні. Рослини, які не могли витримати спеку, темряву або хімічний склад, вимирали. Ті, що могли, розмножувалися.

Це узгоджується з іншими дослідженнями з інших куточків планети. Попередні дослідження конюшини повзучої показали, що рослини в містах по всьому світу еволюціонують паралельно, припиняючи виробляти хімічні речовини проти травоїдних, оскільки вони стикаються з меншими загрозами від равликів та слимаків у місті.

Але ще більш інтригуючим є час. Район Кейхансін не завжди був мегаполісом. Менше століття тому це були переважно рисові поля та ліси. Інтенсивна урбанізація, яка визначила регіон, справді набрала обертів лише близько 60 років тому. Це означає, що знадобилося близько 60 поколінь рослин для того, щоб відбулася еволюція. Це надзвичайно швидко.

Дослідники були обережними. Їм потрібно було виключити «ефект засновника» — ідею про те, що міські рослини, можливо, просто випадково походять від кількох дивних насінин, які випадково потрапили в місто. Через свій аналіз вони виключили цю можливість.

Рослини просто змінюються та адаптуються до наших міст. Ми, ймовірно, бачимо лише верхівку айсберга. «Рухаючись вперед, ми хочемо провести експерименти з вирощування, які відтворюють складні польові умови, щоб з'ясувати, яким чином різні ознаки є корисними для рослин. І ми також хочемо знати, якою мірою ці адаптації закарбовані в ДНК рослин», — каже Усімару. Його колишній студент підсумовує: «Ці висновки є лише відправною точкою для досліджень у більшому масштабі».

Дослідження було опубліковано в Journal of Ecology.