Byens kolde øer driver planteudviklingen i byerne

En lillebitte plante giver store spor om, hvordan menneskelig udvikling driver udviklingen af ​​levende organismer. Ny forskning fra University of Toronto Mississauga afslører det første bevis på, at almindelig hvidkløver ændrer sig genetisk for at tilpasse sig bymiljøer.

Studiet, af forskerne Ken Thompson og Marc Johnson, afslører også overraskende nye oplysninger om den effekt, som bytemperaturer kan spille i processen. Marie Renaudin, fra AgroSup Dijon, er medforfatter på papiret, som står i journalen Proceedings of the Royal Society B .

"Mennesker bygger byer og bor i dem, men mange andre organismer lever også i vores byer. Vi ønskede at se, om naturlige befolkninger tilpasser sig urbaniseringen. Vi ønskede også at forstå de økologiske egenskaber ved byer, der kan være årsagen til sådanne tilpasninger, " siger hovedforfatter Ken Thompson, en UBC ph.d.-studerende, der udførte forskningen, mens han afsluttede en mastergrad i Institut for Økologi og Evolutionær Biologi ved UTM.

Forskerne studerede hvidkløver, som er almindeligt forekommende i både by- og landmiljøer. Etablerede træk ved planten omfatter cyanogenese, et giftigt kemisk forsvarssystem, der beskytter kløver mod planteædere. Når det knuses, kemikalier i bladene danner hydrogencyanid, som afholder snegle og andre væsner fra at spise planten. Men den kemiske beskyttelse har en pris - hvis kløveren fryser, de samme forbindelser skader planten. Som resultat, kløver har udviklet sig til at være mindre tilbøjelige til at vise cyanogene egenskaber i kolde klimaer, og mere tilbøjelige til at vise cyanogene egenskaber i varme klimaer.

"Vi så dette som det ideelle modelsystem til at teste, om organismer tilpasser sig byer, ", siger Johnson. "Vi ved, at kløver tilpasser sig temperaturvariationer på kontinentale skalaer, og vi ved, at der er lignende temperaturændringer i byer som Toronto, New York, Montreal og Boston."

Forskerholdet prøvede tusindvis af planter fra kløverpopulationer langs 50 kilometer lange stier mellem bykernen i Toronto, Canada og landdistrikter uden for byen, leder efter beviser for evolutionære ændringer i cyanogene egenskaber.

Lufttemperaturerne i byerne er ofte et par grader højere end omkringliggende landområder på grund af et sparsomt trækrone og hektar asfalt og beton, der absorberer og reflekterer solens varme. På grund af denne "byvarme-ø-effekt, " forskerne forventede at finde beviser for cyanogene egenskaber i bykløver. "Vi forventede, at byplanterne ville have mere cyanid i byen, fordi varmere temperaturer ville resultere i mindre frysning, " Thompson siger. "Men vi fandt det stik modsatte - befolkninger udvikler sig med nedsatte niveauer af cyanid mod bymidten." Det samme mønster blev gentaget i kløverprøver fra Boston og New York City.

"Data fortæller os, at lufttemperaturen er varmere i byens centrum, " Thompson siger. "Vi havde brug for temperaturdata fra anlæggets perspektiv." Holdet overvågede temperatursensorer på jordniveau hen over vinteren. Sensorerne afslørede en overraskelse - på trods af varmere bylufttemperaturer i løbet af dagen, det er meget koldere ved jordoverfladen i byens centrum om natten, end det er på landet. Vi har kaldt dette "den urbane kolde ø-effekt."

Ved at analysere satellitbilleder, forskerne konkluderede, at snedække spillede en afgørende rolle i processen. "Sne er en fantastisk isolator af jorden, så planter begravet under sne er meget varmere end planter, der ikke er det, " siger Thompson. "Landbefolkningen er mere isoleret af sne, men vi fandt et fald i snedække i bybefolkningen, efterlader planter udsat for kolde temperaturer. Dette ser ud til at forårsage naturlig selektion for planter, der mangler cyanogene egenskaber i byer." Den eneste afvigende i undersøgelsen var Montreal, som oplever mere bymæssigt snedække end de andre byer i undersøgelsen. "Der er ingen chance for, at den "urbane kolde ø-effekt" dræber de planter, der bærer cyanidgener, " siger Thompson.

"Vi lærer, at organismer hurtigt tilpasser sig de unikke miljøforhold, der er forbundet med urbanisering, " siger Thompson. "Vi ved meget om byernes klima, men denne forskning viser, at byer har overraskende effekter på levende organismer. Vi har brug for flere data om, hvordan evolutionen foregår for at forstå effekten af ​​urbanisering på levende organismer."