Een kleine plant geeft grote aanwijzingen over hoe menselijke ontwikkeling de evolutie van levende organismen stuurt. Nieuw onderzoek van de Universiteit van Toronto Mississauga onthult het eerste bewijs dat gewone witte klaver genetisch verandert om zich aan te passen aan stedelijke omgevingen.

De studie, door onderzoekers Ken Thompson en Marc Johnson, onthult ook verrassende nieuwe informatie over het effect dat stadstemperaturen in het proces kunnen spelen. Maria Renaudin, van AgroSup Dijon, is een co-auteur van het papier, die in het journaal verschijnt Proceedings van de Royal Society B .

"Mensen bouwen steden en wonen erin, maar er leven ook veel andere organismen in onze steden. We wilden zien of natuurlijke populaties zich aanpassen aan verstedelijking. We wilden ook inzicht krijgen in de ecologische kenmerken van steden die dergelijke aanpassingen mogelijk maken, " zegt hoofdauteur Ken Thompson, een UBC-promovendus die het onderzoek uitvoerde tijdens het afronden van een masteropleiding bij de afdeling Ecologie en Evolutionaire Biologie aan de UTM.

De onderzoekers bestudeerden witte klaver, die vaak voorkomt in zowel stedelijke als landelijke omgevingen. Gevestigde eigenschappen van de plant zijn onder meer cyanogenese, een giftig chemisch afweersysteem dat klaver beschermt tegen herbivoren. Wanneer verpletterd, chemicaliën in de bladeren vormen samen waterstofcyanide, die slakken en andere wezens ervan weerhoudt de plant te eten. Maar de chemische bescherming heeft een prijs:als de klaver bevriest, diezelfde verbindingen zijn schadelijk voor de plant. Als resultaat, klaver is geëvolueerd om minder snel cyanogene eigenschappen te vertonen in koude klimaten, en hebben meer kans om cyanogene eigenschappen te vertonen in warme klimaten.

"We zagen dit als het ideale modelsysteem om te testen of organismen zich aanpassen aan steden, Johnson zegt. "We weten dat klaver zich aanpast aan temperatuurschommelingen op continentale schaal, en we weten dat er vergelijkbare temperatuurveranderingen zijn in steden als Toronto, New York, Montréal en Boston."

Het onderzoeksteam bemonsterde duizenden planten uit klaverpopulaties langs 50 kilometer lange paden tussen de stedelijke kern van Toronto, Canada en landelijke gebieden buiten de stad, op zoek naar bewijs van evolutionaire veranderingen in cyanogene eigenschappen.

De luchttemperatuur in steden is vaak een paar graden hoger dan in de omliggende landelijke gebieden vanwege een dun bladerdak en hectares asfalt en beton die de warmte van de zon absorberen en weerkaatsen. Vanwege dit "stedelijk hitte-eilandeffect, "De onderzoekers verwachtten aanwijzingen te vinden voor cyanogene eigenschappen in stedelijke klaver. "We verwachtten dat de stadsplanten meer cyanide in de stad zouden hebben omdat warmere temperaturen zouden resulteren in minder bevriezing, ', zegt Thompson. 'Maar we ontdekten precies het tegenovergestelde:de bevolking evolueert naar een lager cyanidegehalte in de richting van het stadscentrum.' Hetzelfde patroon werd herhaald in klavermonsters uit Boston en New York City.

"Gegevens vertellen ons dat de luchttemperatuur warmer is in het stadscentrum, Thompson zegt. "We hadden temperatuurgegevens nodig vanuit het perspectief van de fabriek." Het team heeft de temperatuursensoren op grondniveau gedurende de winter gecontroleerd. De sensoren onthulden een verrassing - ondanks de warmere stedelijke luchttemperaturen gedurende de dag, het is 's nachts veel kouder op de begane grond in het stadscentrum dan op het platteland. We hebben dit het 'urban cold island-effect' genoemd.

Door satellietbeelden te analyseren, de onderzoekers concludeerden dat sneeuwbedekking een cruciale rol speelde in het proces. "Sneeuw is een grote isolator van de grond, dus planten begraven onder sneeuw zijn veel warmer dan planten die dat niet zijn, ", zegt Thompson. "Landelijke bevolkingsgroepen zijn meer geïsoleerd door sneeuw, maar we vonden een afname van de sneeuwbedekking in stedelijke bevolkingsgroepen, waardoor planten worden blootgesteld aan koude temperaturen. Dit lijkt natuurlijke selectie te veroorzaken voor planten die in steden geen cyanogene eigenschappen hebben." De enige uitbijter in het onderzoek was Montreal, die meer stedelijke sneeuwbedekking ervaart dan de andere steden in de studie. "Er is geen kans voor het 'urban cold island effect' om de planten te doden die cyanidegenen dragen, ' zegt Thompson.

"We leren dat organismen zich snel aanpassen aan de unieke omgevingsomstandigheden die gepaard gaan met verstedelijking, Thompson zegt. "We weten veel over de klimaten van steden, maar dit onderzoek toont aan dat steden verrassende effecten hebben op levende organismen. We hebben meer gegevens nodig over hoe evolutie plaatsvindt om het effect van verstedelijking op levende organismen te begrijpen."