Urbanizacija i ljudske aktivnosti su transformisale značajan deo zemlje na Zemlji, što je rezultiralo formiranjem urbanih sredina. Ova urbana okruženja su veštačka staništa koja često nameću nekoliko selektivnih pritisaka na svoje stanovnike.
Ključna karakteristika ovakvih okruženja je prisustvo nepropusnih površina koje zadržavaju toplotu napravljene od cigle, kamena, asfalta i betona. Primetno je da ove površine formiraju urbana toplotna ostrva, odnosno regione sa povišenim površinskim temperaturama.
Neočekivani rezultat toplotnog stresa je uticaj na ponašanje, fiziologiju i evolucionu putanju rezidentnih organizama. Iako je nekoliko studija istraživalo ulogu urbanog toplotnog stresa na evoluciju životinja, njegovi efekti na evoluciju biljaka ostaju uglavnom neistraženi.
Da bi se rešio ovaj jaz, tim istraživača na čelu sa vanrednim profesorom Juiom Fukano sa Fakulteta za hortikulturu Univerziteta Čiba, Japan, istražio je kako urbana toplotna ostrva utiču na boje listova Okalis corniculata, takođe poznatog kao puzava kiselica.
Ova biljka ima različite boje listova u rasponu od zelene do crvene i nalazi se u urbanim i vangradskim prostorima širom sveta. Istraživanja sugerišu da ove varijacije boja služe kao evoluciona adaptacija za zaštitu biljke od stresa okoline. Štaviše, smatra se da crveni pigmenti (antocijanini) u listovima ublažavaju toplotu i oštećenje izazvano svetlošću presretanjem svetlosti i formiranjem antioksidanata.
Da bi istražili ovu evolucionu teoriju, dr Juja Fukano i njegov tim, koji su činili dr Vataru Jamori sa Univerziteta u Tokiju, dr Juja Tačiki sa Tokijskog Metropoliten univerziteta, i dr Kenta Širasava sa Instituta za istraživanje DNK Kazusa, sproveli su terenska posmatranja distribucija boje listova u puzavoj kiselici, u urbanim i neurbanim regionima na lokalnom, pejzažnom i globalnom nivou.
Rezultati njihove studije objavljeni su u časopisu Science Advances. „Primijetili smo da varijante puzave kiselice s crvenim lišćem obično rastu blizu nepropusnih površina u urbanim područjima, ali retko rastu na poljoprivrednim površinama ili zelenim površinama u gradu i oko njega“, kaže dr Fukano.
Tim je identifikovao obrazac u kome su zelene varijante puzave kiselice dominirale zelenim površinama, dok su njihove parnjake sa crvenim lišćem dominirale urbanim lokacijama Tokija i na lokalnom i na pejzažnom nivou. Daljnjim ispitivanjem baze podataka na mreži, tim je otkrio da su ovi geografski nalazi konzistentni širom sveta, potvrđujući na taj način vezu između urbanizacije i varijacija boje listova kod puzave kiselice.
Ovo je motivisalo tim da kvantifikuje adaptivne prednosti ovih varijacija boje listova ispitivanjem njihovog uticaja na rast biomase i fotosintetičku sposobnost pod toplotnim stresom i uslovima bez toplotnog stresa u kontrolisanim i nekontrolisanim eksperimentima uzgoja.
Kroz ove eksperimente, tim je otkrio da su varijante sa crvenim lišćem pokazale superiorne stope rasta i veću fotosintetičku efikasnost na visokim temperaturama, dok su varijante sa zelenim listovima uspevale na nižim temperaturama. Kao rezultat toga, varijante sa crvenim listovima imaju tendenciju da uspevaju u urbanim područjima sa malom gustinom biljaka zbog visoke tolerancije na stres. Suprotno je tačno za njihove parnjake sa zelenim listovima, koji pokazuju veću konkurentnost rasta u bujnim zelenim površinama.
„Iako se ovi nalazi neće mnogo promeniti u bliskoj budućnosti, ova studija prikazuje jedan od najpopularnijih primera tekuće evolucije koji se može posmatrati u urbanim sredinama“, kaže dr Fukano.
Tim je takođe sproveo genetske analize u celini genoma, koje su pokazale da je varijanta O. corniculata sa crvenim lišćem možda evoluirala više puta od predačke biljke zelenog lista. Govoreći o implikacijama ovih nalaza, dr Fukano kaže: „Urbana toplotna ostrva su prethodnici globalnog zagrevanja. Razumevanje brze adaptivne evolucije urbanih organizama na visoke temperature pružiće vredan uvid u dinamiku ekosistema i održivu proizvodnju useva.“
Ove adaptacije na visokotemperaturni stres verovatno se protežu i dalje od boje listova, što garantuje dalje istraživanje različitih osobina biljaka za sveobuhvatno razumevanje adaptacije biljaka na urbana toplotna ostrva.
