Eine kleine Pflanze zeigt, wie die Urbanisierung die Evolution des Lebens auf der Erde prägt

Der weiße Klee in den Zentren von Städten auf der ganzen Welt ähnelt einander mehr als den Populationen benachbarter Felder.

Städte sind zur Orographie der menschlichen Zivilisation geworden. Obwohl sie kaum 3 % der Erdoberfläche einnehmen (ein Prozentsatz, der bis zum Ende des Jahrhunderts auf 5 % steigen könnte), sind sie zusammen mit Entwaldung und Landwirtschaft die größten Narben, die Menschen auf dem Planeten hinterlassen. Aber wie wirken sie sich auf den Rest der Lebewesen aus? Nun zeigt die Untersuchung einer kleinen Pflanze mit weißen Blüten, die auf der ganzen Welt verbreitet ist, dass städtische Umgebungen die Evolution von Arten prägen: Die städtischen Populationen dieser Pflanze sind einander ähnlicher als ihren Nachbarn auf den nächsten Feldern.

Weißklee in Europa zu Hause

Weißklee (Trifolium repens) ist eine in Europa beheimatete Pflanze, die sich über den ganzen Planeten ausbreitete, unterstützt durch die Besiedlung anderer Gebiete durch Westler. In vielen Gebieten als Futter verwendet, ist es in anderen ein einfaches Unkraut. Ohne die Notwendigkeit, es zu kultivieren, gedieh es in städtischen Gebieten und stahl Platz in Gärten und Parks von kultivierten Arten. Da es so kosmopolitisch ist, untersuchte eine Gruppe von Wissenschaftlern, wie sich die städtische Umgebung auf das Leben auswirkt. Die Ergebnisse ihrer Arbeit, die von 287 Wissenschaftlern in 160 Städten und Umgebung durchgeführt, mehr als 110.000 Weißklee gesammelt und das Genom von 2.500 Pflanzen sequenziert wurde, wurden soeben in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Eine der Städte, in denen sie Weißklee studiert haben, ist das australische Newcastle. Es liegt 160 Kilometer nördlich von Sydney und hat eine große Vegetationsdecke, sagt der Wissenschaftler José Raúl Román, der an der Studie teilgenommen hat. „Hier gibt es viel mehr Parks als in meiner Heimatstadt Almería“, sagt er. Als Gastwissenschaftler an der Universität von Almería arbeitete Román mit einer anderen Andalusierin zusammen, Miriam Muñoz, damals Professorin an der Universität von New South Wales und jetzt an der Universität von Sevilla. „Newcastle ist eine Stadt mit einer sehr engen ländlichen Umgebung. Weißklee ist überall.“

Sowohl Muñoz als auch Román sind Co-Autoren dieser in Science veröffentlichten Studie. Sie gingen vom Stadtzentrum aufs Land und nahmen unterwegs Proben der Pflanze. Nachdem sie sie auf der Karte gefunden hatten, mussten sie ihre Blätter zerdrücken und sie auf einen Teller mit Zapfen legen, den sie mit einem mit einem Reagenz imprägnierten Blatt bedeckten. Diese Chemikalie hat das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Cyanwasserstoff festgestellt. Diese Verbindung ist ein natürliches Insektizid, das Weißklee freisetzt, wenn er angegriffen wird, beispielsweise wenn eine Raupe oder ein Marienkäfer seine Blätter verschlingt. Seine Produktion wird von nur zwei Genen gesteuert und wird auch aktiviert, wenn die Pflanze unter Wasserstress leidet. Obwohl die meisten Pflanzen in der Lage sind, diesen flüchtigen Stoff zu produzieren, gibt es Allele (genetische Variablen), die diese Fähigkeit nicht an ihre Nachkommen weitergeben. Ob ein Allel ein anderes dominiert, hängt stark vom Druck der Umgebung ab. Es ist das Spiel des Lebens, Anpassung durch natürliche Auslese.

Die nach Australien ausgewanderten spanischen Wissenschaftler schickten ihre Ergebnisse später an ein Labor der University of Toronto Mississauga (Kanada). Dort analysierte und kombinierte das Team von Marc Johnson, Direktor des Centre for Urban Environments der kanadischen Institution, die Proben aus Newcastle mit denen, die aus Medellín, Teheran, Kapstadt, Antwerpen und 155 weiteren Städten (und deren Umgebung) eingetroffen waren die fünf Kontinente. Johnson, leitender Autor der Studie, hat Jahre damit verbracht, die Auswirkungen von Städten auf nichtmenschliches Leben zu erforschen. 2017 veröffentlichte er eine Übersicht über andere Studien, die sich damit befassten. Diesmal hat er seine eigenen Forschungen durchgeführt und mit Weißklee als Modell für einen Prozess mit Auswirkungen, die über diese Pflanze hinausgehen.

Veränderungen der Blausäure

„Von den 160 untersuchten Städten zeigen 47 % (75 von ihnen) Veränderungen der Blausäure entlang des Urbanisierungsgradienten“, sagt Johnson. Wenn sich die Pflanzen vom Zentrum entfernen, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sie das Insektizid produzieren, wobei die Wahrscheinlichkeit bei vollständig ländlichen Populationen auf durchschnittlich 44 % ansteigt. In nur 13 Städten sei die Herstellung dieser Verteidigung „in der Stadt häufiger als in ihrer ländlichen Umgebung“, erläutert der kanadische Wissenschaftler.

Die Autoren der Arbeit sind davon überzeugt, dass die geringere Präsenz von Pflanzenfressern in städtischen Umgebungen die Anpassung von Weißklee moduliert. „Zusätzlich zu acht weiteren Variablen haben wir in dieser Studie die Vegetationsmenge in jeder der 6.150 analysierten Populationen gemessen. Die Pflanzenkonzentration hängt mit der Vielfalt und Häufigkeit von Pflanzenfressern zusammen“, fügt Johnson hinzu. Um dies zu bestätigen, kehren sie nun zu den Probenahmestellen zurück, um die Biodiversität der Arthropoden zu messen, und „wir stellen fest, dass dort, wo wir Änderungen der Blausäure als Reaktion auf die Urbanisierung sehen, diese häufig mit Änderungen der durch Pflanzenfresser verursachten Schäden zusammenhängen“, vervollständigt die Kanadischer Forscher.

Die Studie analysierte nicht nur die Entfernung zum Zentrum und die Anzahl der Pflanzenfresser, sondern untersuchte auch andere mögliche Faktoren, wie Temperatur im Sommer und Winter, Schneetage, Anteil der undurchlässigen Flächen, städtische Pflanzenfläche, Breitengrad … Sie fanden heraus eine zweite große Beziehung, diesmal mit dem Fehlen oder Nichtvorhandensein von Wasser, dem anderen Element, das die Produktion von Blausäure auslösen könnte. „Wenn es in einer Stadt wenig Vegetation gibt, kann Trockenheit ein großer Stressfaktor für Pflanzen sein“, erinnert sich Johnson. „Wir sehen, dass Änderungen der Umweltvariablen im Zusammenhang mit Wasserstress (Trockenheit und potenzielle Evapotranspiration) auch dazu beitragen, Änderungen der Blausäure in einigen Städten zu erklären. Letztendlich passt sich Weißklee auf unterschiedliche Weise an verschiedene Städte an, je nachdem, wie jede die Umgebung verändert“, schließt er.

Wie frühere Arbeiten zeigen, schaffen Städte ihre eigenen Bedingungen für ihre Ökosysteme und werden zu Zufluchtsorten für viele Arten. Manchmal begünstigen sie genetische Drift und Differenzierung und erreichen das Extrem, in dem Stadtbewohner das Auftreten neuer Arten verursachen, wie z. B. der Culex molestus, einer Mücke, die in der U-Bahn mehrerer Städte aufgetaucht sei und sich genetisch von ihren Kongeneren an der Oberfläche unterscheidet. Aber Weißklee ist ein Fall des anderen Extrems, der gleichen evolutionären Anpassung, die parallel in vielen Städten auf dem Planeten stattfindet.

Román und Muñoz, die beiden jungen spanischen Forscher, die nach ihrer Rückkehr nach Australien gehen mussten, um ihre Forschungskarriere fortzusetzen, sind der Meinung, dass Arbeiten wie die über Weißklee zeigen, was das Anthropozän ist. Für Ersteres „ist menschliches Handeln, nicht nur Urbanisierung, eine neue evolutionäre Kraft; nicht nur die Umwelt verändert sich, alle Arten passen sich an ihre Veränderungen an“. Zum zweiten: „Das Dramatische ist, dass die Entwicklung langsam und gestaffelt war, aber jetzt beschleunigt und in sehr kurzer Zeit erfolgt.“