Miejska dżungla

Dookoła wysokie budynki z betonu i szkła. Wszędzie tłumy ludzi, przepełnione drogi, sztuczne oświetlenie i duszący upał. Nie mówiąc już o powietrzu pełnym zanieczyszczeń i ziemi usianej tłustymi odpadami. Witamy w mieście. Trudno sobie wyobrazić, że w środku tego miejskiego piekła mogą funkcjonować inne rośliny i zwierzęta niż zwykłe stada oportunistów (gołębie, szczury i karaluchy) oraz rzędy kasztanowców. A jednak! W ostatnich latach naukowcy odkryli, że niektóre dzikie okazy zaadaptowały się do tych sztucznych warunków. I nie mówimy tu o prostej aklimatyzacji do miasta i jego obyczajów, ale o głębokich przemianach na poziomie genetycznym.

Świat z betonu

Miasto kojarzy nam się głównie z wieżowcami, ciasnymi ulicami i zatłoczonymi chodnikami. Wszechobecny beton i asfalt sprawiły, że Crepis sancta, roślina spokrewniona z mniszkiem lekarskim, zmieniła strategię rozmnażania się w mieście, i to w ciągu zaledwie 10 pokoleń. Jak dowodzą badania przeprowadzone w Nîmes (Francja) w 2008 r., obecne okazy produkują większe i cięższe nasiona. W mieście każdy metr kwadratowy trawnika jest na wagę złota. Lekkie nasiona może zdmuchnąć wiatr i po upadku na beton lub asfalt nie wykiełkują. Innymi słowy, większe szanse na zapewnienie ciągłości gatunku mają ziarna cięższe, które upadną na glebę obok miejsca, gdzie rośnie roślina macierzysta.

Z kolei badacze z University of Washington odkryli w 2016 r., że – w porównaniu z osobnikami żyjącymi w lasach – jaszczurki Anolis cristatellus z obszarów miejskich Puerto Rico posiadają dłuższe kończyny oraz większą liczbę lamelli na spodniej części palców. To właśnie dzięki tym tworom jaszczurki są w stanie przemieszczać się w pionie. Mieszkańcy lasów wspinają się po nierównych pniach drzew, podczas gdy osobniki żyjące w miastach muszą pokonywać gładkie i, co za tym idzie, trudniejsze powierzchnie (beton, stal, szkło itp.). Potrzebne były więc zmiany w morfologii, pozwalające na zwiększenie przyczepności gada podczas przemierzania miejskiej dżungli. Jednak zwinność Spider-Mana to niejedyna supermoc tych malutkich jaszczurek…

Wyspy ciepła

Z roku na rok ubywa z miast zieleni na rzecz nowych dróg, chodników i budynków. Asfalt i beton doskonale magazynują ciepło, które uwalniane jest dopiero nocą. Na dodatek powstaje coraz więcej wieżowców, które zmniejszają prędkość wiatru i nie pozwalają na dobrą wentylację centrum. Powstają więc tzw. wyspy ciepła, w których temperatura może być nawet o 10ºC wyższa niż w otaczających aglomerację obszarach zielonych. Aby przetrwać miejski skwar, przedstawiciele Anolis cristatellus musieli stać się bardziej tolerancyjni na wysokie temperatury niż okazy żyjące w leśnym cieniu. Według wspomnianych wyżej naukowców miejskie jaszczurki są w stanie normalnie funkcjonować w temperaturach średnio o 0,82ºC wyższych niż populacje wiejskie. Gady z miast pozostawały aktywne nawet w temperaturze 40ºC! A jak inne zwierzęta radzą sobie z betonowym skwarem?

Badacze z Katholieke Universiteit Leuven (Belgia) zauważyli w 2016 r., że wyższe temperatury w miastach wpływają na morfologię niektórych żukokształtnych, ryjkowcowatych i pająków. Okazy są mniejsze niż ich wiejskie odpowiedniki. Zmiana umożliwiła tym zwierzętom osiągnięcie lepszego stosunku powierzchni ciała do jego objętości i tym samym skuteczniejsze odprowadzanie ciepła. Bardzo ciekawe są również wyniki badań holenderskich naukowców z Universiteit Leiden z 2019 r., które obejmowały ślimaki gajowe (Cepaea nemoralis). Gatunek ten charakteryzuje się ogromną różnorodnością kolorów oraz obecnością ciemnych linii na muszlach. Po zbadaniu 8 tys. osobników z całego kraju okazało się, że żyjące w mieście rozwinęły jaśniejsze, bardziej odblaskowe muszle i zredukowały liczbę znajdujących się na nich ciemnych wzorów. Dzięki takiej strategii muszle mniej się nagrzewają na słońcu, co chroni ślimaki przed wyschnięciem.

A co z roślinami porastającymi wyspy ciepła? Bardzo ciekawy przypadek opisał w 2018 r. międzynarodowy zespół badaczy. Obiektem jego analiz była Trifolium repens, czyli koniczyna biała, która produkuje normalnie cyjanowodór, chroniący ją przed roślinożercami. Ten związek chemiczny osłabia jej odporność na przymrozki. Z dala od miasta jednak niskie temperatury nie są zagrożeniem dla koniczyny, gdyż zazwyczaj jej osłonę stanowi warstwa śniegu. Inaczej jest w miastach, gdzie śnieg bardzo szybko topnieje. Pozbawiona takiej pierzynki roślina była bezbronna w razie nagłego ochłodzenia. Aby przetrwać, przestała więc produkować cyjanowodór, stając się bardziej odporna na przymrozki.

Sztuczne granice

Wysokie budynki, szerokie autostrady, a nawet linie metra tworzą sztuczne granice, które okazują się nie do pokonania dla zwierząt mieszkających w mieście. Takie rozdzielenie danej populacji również wpływa na jej ewolucję. Przeprowadzona w 2017 r. przez badaczy z Fordham University analiza genetyczna 262 szczurów wędrownych (Rattus norvegicus) z nowojorskiego Manhattanu ujawniła istnienie dwóch odrębnych subpopulacji: jednej w Uptown, a drugiej w Downtown, oddzielonych od siebie przez mniej sprzyjające gryzoniom centrum miasta. Te różnice genetyczne, na razie subtelne, mogą prowadzić do różnych historii ewolucyjnych. Odkrycie to odnosi się również do nowojorskich myszaków z gatunku Peromyscus leucopus, których pula genetyczna zależy od parku miejskiego, oraz do populacji rysia rudego (Lynx rufus) z Los Angeles, rozdzielonej od 60 lat na trzy subpopulacje autostradami 405 i 101.

Podziemia miejskie również mogą stać się silnikami ewolucyjnymi. Komary, które rozmnażają się w korytarzach londyńskiego metra (Culex pipiens molestus), zaczęły stopniowo odróżniać się genetycznie od tych żyjących na powierzchni. W przeciwieństwie do C. pipiens pipiens, który ewoluuje w świetle dziennym, ten nowy podziemny gatunek nie hibernuje i żywi się krwią ssaków (ludzi i szczurów), a nie ptaków. Różnice genetyczne są tak znaczące, że populacje te nie mogą już krzyżować się między sobą.

Bardzo ciekawe są również badania na temat karaczana prusaka (Blattella germanica), przeprowadzone prawie dwie dekady temu we Francji. Już wtedy zauważono, że pula genetyczna owadów żyjących w tym samym mieście, ale w oddzielnych budynkach, jest różna. Związane jest to ze znikomą migracją prusaka między budynkami.

Wszechobecne zanieczyszczenia

Kolejną cechą obszarów zurbanizowanych jest zanieczyszczone powietrze. Jego wpływ na organizmy żyjące zauważono już na przełomie XIX i XX w. Angielscy badacze obserwujący krępaka nabrzozaka (Biston betularia) stwierdzili wtedy, że ćma ta zaczęła pojawiać się coraz częściej w formie niemal całkowicie czarnej. Początkowo większość populacji stanowiła odmiana biała. Jednak na skutek rewolucji przemysłowej i, co za tym idzie, rosnącego zanieczyszczenia powietrza zaczęły obumierać jasne porosty na drzewach, odsłaniając ciemną korę. Czarne ćmy lepiej kamuflowały się na jej tle i rzadziej padały ofiarą drapieżników. Tak więc nocne motyle z mutacją powodującą czarny kolor skrzydeł zdobyły selekcyjną przewagę i to w ciągu zaledwie 50 lat. Co ciekawe, obecnie obserwuje się przeciwny proces, co jest wynikiem poprawy jakości powietrza.

Również rzeki przepływające przez miasta nie należą z reguły do najczystszych. Dioksyny i bifenyle to chleb powszedni dla organizmów zamieszkujących wody rzeki Hudson, która przepływa przez Nowy Jork. Ku zdziwieniu amerykańskich naukowców okazało się jednak, że Microgadus tomcod (ryba z rodziny dorszowatych) jest odporny na działanie tych toksyn. W 2011 r. badacze z New York University zidentyfikowali mutację genetyczną (gen AHR2), która odpowiadała za tę odporność. Co więcej, zmiana pojawiła się u 99% sprawdzanych ryb. Dla porównania mutacja ta występowała jedynie u 10% osobników z innych wód. Naukowcy podkreślają, że zmiana ta musiała być bardzo szybka, ponieważ ryby są niezwykle wrażliwe na te substancje we wczesnych stadiach życia. Należy tutaj dodać, że chociaż sam gatunek nie musi obawiać się już toksyn, to magazynuje je w tłuszczu i wątrobie, co jest z kolei niebezpieczne dla jego drapieżników.

Podobnie jak w przypadku wspomnianego tomkoda, amerykańskie badanie z 2013 r. nad myszakami Peromyscus leucopus, które grasują w nowojorskich parkach, wykazało obecność genów pozwalających gryzoniom stawić czoła toksycznemu działaniu metali ciężkich. Inne analizy z 2017 r. wykazały, że te same myszaki posiadają również większą liczbę genów (w porównaniu z okazami złapanymi 100 km od miasta), dzięki którym lepiej trawią tłuszcze. Związane jest to z menu, jakie oferują nowojorskie śmietniki pełne odpadków po pizzy i różnego rodzaju fast foodach.

Ewolucja wśród ludzi

Nie ma co ukrywać, że tłuste jedzenie zostało wprowadzone do diety gryzoni przez człowieka. Także poniekąd człowiek jest odpowiedzialny za zmiany, jakie zaobserwowali amerykańscy naukowcy. Chociaż nie zastanawiamy się nad tym na co dzień, to każdy nasz czyn odbija się na ewolucji miejskich zwierząt. Weźmy pod lupę dokarmianie ptaków. Angielskie badania nad bogatką zwyczajną (Parus major) z 2017 r. wykazują, że wśród zurbanizowanych okazów przeważają te o dłuższych dziobach. Ułatwia to ptakom jedzenie ziaren, którymi są hojnie karmione w zimie. Podobne zjawisko zachodzi w Tucson (Arizona) u dziwonii ogrodowej (Haemorhous mexicanus), u której nowa morfologia dzioba wydaje się lepiej przystosowana do jedzenia nasion słonecznika (większych niż te naturalnie dostępne na otaczającej miasto pustyni).

Przykładów bezpośredniego oddziaływania człowieka na ewolucję zwierząt jest mnóstwo. I tak np. używanie przez ludzi samochodów wpłynęło na populację jaskółek gniazdujących w pobliżu autostrady w Nebrasce. Badania z 2013 r. wykazały, że ptaki te mają krótsze i bardziej zakrzywione skrzydła w porównaniu z osobnikami z innych terenów, co ułatwia im manewrowanie przed pędzącymi pojazdami. I dalej, w tym samym roku, międzynarodowy zespół biologów opublikował pracę ma temat wzrostu rozmiarów czaszek nietoperzy (Pipistrellus kuhlii) we włoskich obszarach miejskich od lat 40. XX w. Nie wiadomo jeszcze, co było tego przyczyną. Badacze mają jednak kilka teorii. Jedna z nich zakłada, że był to efekt… pojawienia się latarni ulicznych, których światło przyciąga i koncentruje znaczące ilości bardzo dużych owadów, co faworyzuje z pokolenia na pokolenie nietoperze z potężniejszymi szczękami. Hiszpańskie badanie opisuje z kolei zmianę w śpiewie kosów (Turdus merula) żyjących w pobliżu lotniska w Madrycie. W porównaniu z okazami z okolicznych lasów te preferują świergot na wyższej częstotliwości. Co więcej, dostosowują również harmonogram swoich koncertów do startów i lądowań samolotów! Na razie nie wiadomo, co stoi za dziwnym zachowaniem ptaków, ale naukowcy nie wykluczają, że w dłuższej perspektywie osobniki, których morfologia strun głosowych pozwala na emitowanie dźwięków na określonych częstotliwościach, będą miały przewagę w rozrodzie.

Laboratorium pod gołym niebem

Betonowa dżungla przeistoczyła się więc w laboratorium, w którym trwa wielkie, choć niezamierzone doświadczenie. Jest ono powielane na całej planecie w miarę jej urbanizacji. Pozwala to naukowcom prowadzić równoległe badania i porównywać ich wyniki. Powstają nawet międzynarodowe projekty, takie jak „Global Urban Evolution”, które skupiają się na analizie ewolucji zwierząt i roślin żyjących w miastach.

Jakie gatunki najlepiej przystosowują się do życia w mieście? Jaki wpływ na ewolucję zwierząt i roślin mają takie parametry jak wielkość aglomeracji, jej organizacja, gęstość zaludnienia czy tempo ekspansji? Czy te same gatunki ewoluują w ten sam sposób w różnych miastach? Na te i inne pytania naukowcy wciąż szukają odpowiedzi, ale z każdym nowym artykułem na ten temat uświadamiamy sobie, że miasta nie są poza naturą. Wręcz przeciwne! To prawdziwy ekosystem, utkany ze złożonych interakcji między wieloma organizmami. Co więcej, warunki w nich panujące w pewnym sensie symulują nadchodzące zmiany klimatyczne, co według naukowców rzuci trochę światła na sprawę ewolucji gatunków w przyszłości. Innymi słowy, badając organizmy żyjące w betonowej dżungli, będziemy w stanie zrozumieć, które czynniki środowiskowe najprawdopodobniej będą kierować ewolucją gatunków, i przewidzieć skalę tych zmian.

***

Homo urbanus

Czy ludzie żyjący w mieście różnią się od tych zamieszkujących obszary wiejskie? Oczywiście! Szwedzko-angielskie badanie z 2010 r. wykazało, że populacje, które od pokoleń żyją w miastach, są lepiej przystosowane do przeciwstawiania się takim infekcjom jak trąd i gruźlica. Jak wiadomo, urbanizacja sprzyja rozwojowi różnego rodzaju epidemii, które w dużych skupiskach zbierają większe żniwo niż na terenach wiejskich. Jest jednak druga strona medalu. Ze względu na większą gęstość zaludnienia i liczbę kontaktów populacje te szybciej osiągają odporność zbiorową. Dlatego naukowcy badający ten przypadek nie byli w ogóle zdziwieni wynikami swojego eksperymentu. Inny przykład: mieszkańcy argentyńskiego miasta San Antonio de los Cobres są nosicielami mutacji, która czyni ich odpornymi na działanie arsenu zatruwającego ich wody pitne. Kto wie, być może ogromne zanieczyszczenia wielkich metropolii chińskich odegrają kluczową rolę w kształtowaniu genomu ludzi z Dalekiego Wschodu.

***

Ekourbanizacja

Czy można pogodzić urbanizację z ekologią i zapewnić różnorodność biologiczną w miastach? Przykład trzech aglomeracji dowodzi, że tak. Miasto- państwo Singapur opanowało swoją ekspansję, chroniąc kilka obszarów dziewiczego lasu i rezerwatu przyrody Bukit Timah. Według jego władz rdzenna flora jest niezbędna do zachowania różnorodności biologicznej. W Nantes (Francja) trwa proces łączenia pasami zieleni wszystkich parków, skwerów i ogrodów. Co więcej, władze miasta zadecydowały o jednoczesnym stworzeniu trzech miejskich lasów. Ta zielona sieć powinna umożliwić rozprzestrzenianie się fauny i flory. W Kopenhadze z kolei wymaga się, aby wszystkie nowe budynki miały zielony dach. W tych środowiskach, położonych kilkadziesiąt metrów nad ziemią, spontanicznie osiedlają się trawy, kwiaty, mrówki, pająki oraz ptaki migrujące.