Laut einem aktuellen Bericht der Vereinten Nationen lebt heute mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung in städtischen Gebieten. Und diese Zahl soll bis Mitte dieses Jahrhunderts auf zwei Drittel anwachsen. Die Auswirkungen der raschen Urbanisierung auf lokale Ökosysteme und deren Biodiversität sind noch nicht vollständig verstanden. Aber das Global Urban Evolution Project (GLUE), eine laufende internationale Zusammenarbeit, an der Hunderte von Forschern beteiligt sind, darunter zwei von der University of Concordia, arbeitet daran, ein vollständigeres Bild davon zu erstellen, wie sich Flora und Fauna an ihre sich verändernden Umgebungen anpassen.
Das erste Paper des Projekts, veröffentlicht in der Zeitschrift Wissenschaft, zeigt, dass die Urbanisierung die Entwicklung des allgegenwärtigen Weißklees in relativ kurzer Zeit vorangetrieben hat. Durch den Vergleich von Weißkleeproben aus Städten auf der ganzen Welt zeigten die Forscher, dass sich die Pflanze an ihre städtische Umgebung angepasst hat.
„Der Weißklee ist dafür bekannt, Blausäure zu produzieren, eine giftige Verbindung, die sie vor Pflanzenfressern schützt, indem sie ihm einen sehr bitteren Geschmack verleiht und sogar zum Tod führen kann“, sagt Pedro Peres-Neto, Professor für Biologie an der Fakultät für Künste und Wissenschaft und einer der 11 Kernleiter für die Studie.
„Wir begannen mit zwei großen Fragen. Erstens, da es weniger Tiere gibt, die Pflanzen in der städtischen Umgebung fressen, taten Pflanzen, die diese Verbindung produzieren, dies weniger häufig als in nicht-städtischen Umgebungen? Und zweitens, ob Pflanzen in der städtischen Umgebung dies taten kein Zyanid produzieren müssen, würden sie stattdessen ihre Energie für andere Eigenschaften aufwenden, die ihnen helfen würden, sich an die städtische Umgebung anzupassen?“
Schutz nicht mehr erforderlich
Die Forscher sammelten mehr als 100.000 Weißkleepflanzen aus 160 Städten auf allen Kontinenten. Lokale Wissenschaftler sammelten Pflanzen entlang eines geografischen Gradienten, der von sehr städtischen bis zu nicht städtischen Gebieten außerhalb der Stadt reichte, und untersuchten jede Pflanze auf die Produktion von Blausäure. Viele dieser Pflanzen wurden zur Genomanalyse unter der Leitung von Marc Johnson an das EvoEco Lab der University of Toronto Mississauga geschickt.
Die Forscher fanden heraus, dass in etwa 50 Prozent der untersuchten Herkunftsstädte Pflanzen, die in städtischen Gebieten weniger Cyanat produzierten, viel häufiger vorkamen als Pflanzen in nicht städtischen Gebieten. Sie zeigen auch, dass die genetische Differenzierung zwischen urbanen und nicht-urbanen Pflanzen gering war. Angesichts der Tatsache, dass Pflanzen innerhalb von Städten genetisch ähnlich sind und die geografische Verringerung der Pflanzenabwehr von Stadt zu Stadt unabhängig voneinander mehrmals auftrat (ein Phänomen, das als parallele Evolution bezeichnet wird), deutet dies auf eine starke Evolution durch Selektion hin, um die Cyanatproduktion in städtischen Systemen zu reduzieren.
„Dies ist ein Zeichen dafür, dass sich diese Kleepopulationen in einer Stadt an ihre städtische Umgebung anpassen, weil sie diesen Abwehrmechanismus nicht so oft produzieren“, sagt Carly Ziter, eine Assistenzprofessorin für Biologie an der Concordia, die sich dem Projekt anschloss, als sie ein war Ph.D. Studentin an der University of Wisconsin-Madison. „Dies ist ein klarer und starker Beweis dafür, dass Städte sich ähnlich verhalten und diese Ähnlichkeiten den ökologischen und evolutionären Wandel vorantreiben.“
Big Data für große Projekte
Peres-Neto, ein auf Ökologie und Evolution spezialisierter quantitativer Biologe, ist zuversichtlich, dass der riesige Datensatz, der durch das Projekt gesammelt wird, dieses Netzwerk von Mitarbeitern jahrelang beschäftigen wird.
„Wir sind der Meinung, dass diese Daten möglicherweise zu Dutzenden neuer Projekte führen können. Dies ist die Kraft kuratierter und ordnungsgemäß verwalteter Daten. Unser Global Urban Evolution Project-Netzwerk wird Vorschläge für Forschungsprojekte bewerten, sobald sie eingehen, und Input und Anleitung liefern, um dies sicherzustellen dass wir relevante Ergebnisse haben, um die Auswirkungen der Urbanisierung auf das Leben zu verstehen. Weil es wirklich eine globale Anstrengung ist.“
Ziter fügt hinzu, dass dieses Projekt ein großartiges Beispiel für die Zusammenführung von Grundlagenforschung und angewandter Wissenschaft in einer modernen Stadtgesellschaft ist.
„Die Gruppe von Menschen, die an diesem großen Projekt zusammenarbeiten, ist unglaublich vielfältig in ihrer Einstellung zu wissenschaftlichen Fragen und dem, woran sie in ihren eigenen Bereichen arbeiten. Es war faszinierend zu sehen, wie all diese Menschen um eine gemeinsame Frage herum zusammenkamen.“
James S. Santangelo et al., Globaler städtischer Umweltwandel treibt die Anpassung bei Weißklee voran, Wissenschaft (2022). DOI: 10.1126/science.abk0989