Урбанизация влияет на эволюцию по всему земному шару

Человек преобразует среду вокруг себя, сильнее всего это заметно в городах. Они быстро расширяются по всему миру и представляют собой новые экосистемы. Урбанизация может повлиять на четыре эволюционных процесса: мутагенез, генетический дрейф, перенос генов и адаптацию в результате естественного отбора. Однако влияние урбанизации на адаптивную эволюцию изучено не очень хорошо. Неясно, могут ли популяции адаптироваться к городским условиям схожим образом в разных городах мира — то есть подвергаться адаптивной параллельной эволюции. Для этого в разных городах должны быть похожие экологические условия, отличные от условий в окрестностях.

Эволюционные биологи из Университета Торонто в рамках Global Urban Evolution Project (GLUE) исследовали, происходит ли параллельная эволюция в городах по всему миру. Всего 287 ученых в 160 городах и 26 странах отобрали более 100 тысяч образцов белого клевера в своих городах и близлежащих сельских районах — эти данные и были проанализированы в исследовании. Белый клевер — растение-космополит, он растет практически везде, и поэтому именно его выбрали для исследования.

Экологические условия в разных городах, как правило, больше похожи друг на друга, чем на условия в близлежащих сельских и загородных районах. Авторы выяснили, что и в Торонто, и в Токио, и в Мюнхене, и во многих других городах белый клевер изменяется непосредственно в ответ на урбанизацию и часто схожим образом.

Ученые не только наблюдали глобальную адаптацию к городам, но и определили генетическую основу этой адаптации и ее причины. Для этого они секвенировали 2074 генома клевера из 26 городов.

Белый клевер в естественных условиях производит цианистый водород (HCN), чтобы защититься от травоядных животных. Выработка HCN контролируется двумя генами — Ac и Li. Необходим хотя бы один функциональный аллель в каждом из двух несвязанных локусов. Растения с делецией в обоих аллелях хотя бы одного гена не производят HCN. Такие делеции происходят часто, и если в городах нагрузка, которую оказывают травоядные животные и абиотические факторы, отличается от сельских условий, то растения могут переставать вырабатывать это соединение.

В городах почти всегда менее проницаемая почва, меньше растительности и растительноядных животных, более высокие температуры летом, чем в сельских регионах. Но есть и другие факторы, различающиеся от города к городу: снежные покров, зимняя растительность, суммарное испарение.

Тем не менее, исследование GLUE показало, что в городах клевер обычно производит меньше цианистого водорода, чем клевер в близлежащих загородных районах. Вероятность того, что растение производит HCN, увеличивалась в среднем на 44% по мере удаления от центра города до самого дальнего поселка. И сильнее всего на это влияли травоядные животные (мало в городах) и уровень засухи (высокий в городах).

Авторы говорят о глобальном влиянии человека на эволюцию жизни по всей планете. Эта информация может помочь в разработке стратегий сохранения редких видов и улучшения их адаптации к городской среде. И, напротив, это может помочь предотвратить адаптацию нежелательных вредителей и возбудителей болезней к окружающей среде человека.