En liten växt ger stora ledtrådar om hur mänsklig utveckling driver utvecklingen av levande organismer. Ny forskning från University of Toronto Mississauga avslöjar de första bevisen på att vanlig vitklöver förändras genetiskt för att anpassa sig till stadsmiljöer.

Studien, av forskarna Ken Thompson och Marc Johnson, avslöjar också överraskande ny information om effekten som stadstemperaturer kan spela i processen. Marie Renaudin, från AgroSup Dijon, är medförfattare på tidningen, som står i journalen Proceedings of the Royal Society B .

"Människor bygger städer och bor i dem, men många andra organismer lever också i våra städer. Vi ville se om naturliga befolkningar anpassar sig till urbaniseringen. Vi ville också förstå de ekologiska egenskaperna hos städer som kan driva på sådana anpassningar, " säger huvudförfattaren Ken Thompson, en UBC doktorand som genomförde forskningen samtidigt som han avslutade en magisterexamen vid institutionen för ekologi och evolutionsbiologi vid UTM.

Forskarna studerade vitklöver, som är vanligt förekommande i både stads- och landsbygdsmiljöer. Etablerade egenskaper hos växten inkluderar cyanogenes, ett giftigt kemiskt försvarssystem som skyddar klöver från växtätare. När den krossas, kemikalier i bladen kombineras för att skapa vätecyanid, som avskräcker sniglar och andra varelser från att äta växten. Men det kemiska skyddet kostar - om klövern fryser, samma föreningar skadar växten. Som ett resultat, klöver har utvecklats till att vara mindre benägna att visa cyanogene egenskaper i kalla klimat, och mer benägna att visa cyanogene egenskaper i varma klimat.

"Vi såg detta som det ideala modellsystemet för att testa om organismer anpassar sig till städer, " säger Johnson. "Vi vet att klöver anpassar sig till temperaturvariationer på kontinentala skalor, och vi vet att det finns liknande temperaturförändringar i städer som Toronto, New York, Montreal och Boston."

Forskargruppen tog prov på tusentals växter från klöverpopulationer längs 50 kilometer långa stigar mellan stadskärnan i Toronto, Kanada och landsbygden utanför staden, letar efter bevis på evolutionära förändringar i cyanogena egenskaper.

Lufttemperaturen i städerna är ofta några grader högre än omgivande landsbygd på grund av ett gles trädkrona och tunnland asfalt och betong som absorberar och reflekterar solens värme. På grund av denna "urbana värmeö-effekt, " forskarna förväntade sig att hitta bevis på cyanogena egenskaper i stadsklöver. "Vi förväntade oss att stadsväxterna skulle ha mer cyanid i staden eftersom varmare temperaturer skulle resultera i mindre frysning, " Thompson säger. "Men vi fann precis motsatsen - befolkningar utvecklas minskade nivåer av cyanid mot stadskärnan." Samma mönster upprepades i klöverprover från Boston och New York City.

"Data säger oss att lufttemperaturen är varmare i stadens centrum, " Thompson säger. "Vi behövde temperaturdata från anläggningens perspektiv." Teamet övervakade temperatursensorer på marknivå under vintern. Sensorerna avslöjade en överraskning – trots varmare stadslufttemperaturer under dagen, det är mycket kallare på marknivå i stadskärnan på natten än vad det är på landet. Vi har kallat detta "den urbana kalla ö-effekten."

Genom att analysera satellitbilder, forskarna drog slutsatsen att snötäcket spelade en avgörande roll i processen. "Snö är en bra isolator av marken, så växter begravda under snö är mycket varmare än växter som inte är det, " säger Thompson. "Befolkningar på landsbygden är mer isolerade av snö, men vi fann en minskning av snötäcket i stadsbefolkningen, lämnar växter utsatta för kalla temperaturer. Detta verkar orsaka naturligt urval för växter som saknar cyanogena egenskaper i städer." Den enda avvikaren i studien var Montreal, som upplever mer urbant snötäcke än de andra städerna i studien. "Det finns ingen chans för "urban cold island-effekten" att döda växterna som bär cyanidgener, " säger Thompson.

"Vi lär oss att organismer snabbt anpassar sig till de unika miljöförhållanden som är förknippade med urbanisering, " säger Thompson. "Vi vet mycket om klimatet i städerna, men denna forskning visar att städer har överraskande effekter på levande organismer. Vi behöver mer data om hur evolutionen sker för att förstå effekten av urbanisering på levande organismer."