Miasto, wylęgarnia nowych ewolucyjnych rozwiązań

Fiuuu!, mój przyjaciel Frank był wyraźnie pobudzony i wymachiwał rękami, co zagrażało drinkom stojącym między nami na stole. Siedzieliśmy w moim ogródku w Lejdzie, w Holandii. Frank pokazywał nam, jak pewien sokół wędrowny przelatuje raz lub dwa razy dziennie za oknem jego gabinetu w szpitalu miejskim, ze świeżo złowionym gołębiem w szponach, kierując się do gniazda znajdującego się tuż pod ogromnym neonem na dachu tego budynku. Po chwili za oknem widać pojedyncze spadające pióra. Sokoły wędrowne to jedne z wielu gatunków ptaków, które osiedliły się w miastach w ostatnich czasach. W stanie dzikim polują na średniej wielkości ptasie ofiary w pobliżu skalistych klifów, ale odkąd ludzie zapełnili krajobraz podobnymi do wysokich skał budynkami, kościołami i fabrycznymi kominami, ptaki te z lubością zamieniły skalne urwiska na drapacze chmur, a sójki na gołębie. Dziś w niektórych częściach Europy i Ameryki Północnej większość sokołów wędrownych gniazduje w miastach.

Takie przypadkowe podobieństwa między naturalnymi a miejskimi krajobrazami przyciągają do metropolii wiele gatunków zwierząt i roślin. Na przykład, zamieszkujące jaskinie karaczany świetnie czują się w naszych ciemnych i wilgotnych piwnicach. Rosnące na kamienistych plażach rośliny chętnie zapuszczają korzenie na poboczach posypywanych solą dróg. Szopy, ze swoimi delikatnymi i podobnymi do ludzkich dłoni łapami, znakomicie potrafią zdobywać pożywienie wśród odpadków i śmietnisk, którymi usłane są nasze siedziby. Homo sapiens zasiedlił i skolonizował wszystkie kontynenty, a do roku 2030 ponad 600 miast będzie liczyło więcej niż milion mieszkańców. Żaden inny gatunek nie stworzył nigdy tak wielu dogodnych siedlisk dla tak licznej rzeszy innych gatunków na całym świecie.

Wielkie miasta to dość wyjątkowe, ale i bogate zarazem środowiska.

Ale to nie wszystko. Wielkie miasta – z ich zwałami cegieł, stali i szkła, ich krwiobiegiem samochodowych arterii, sztucznymi światłami i różnymi dziwnymi związkami chemicznymi dobywającymi się z najróżniejszych zakamarków – to dość wyjątkowe, ale i bogate zarazem środowiska. Choć warunki potrafią być tu skrajne, to dostarczają wielu korzyści, zwłaszcza w postaci pożywienia i innych gromadzonych przez ludzi zasobów. Podobnie jak w przypadku innych skrajnych środowisk, takich jak pustynie, źródła siarkowe czy głębokie jaskinie, ta kombinacja wyzwań i sposobności może być siłą napędową ewolucji roślin i zwierząt, które się tu zapuszczają. Dziś wraz z mymi kolegami na całym świecie odkrywamy, że miasta stały się wylęgarniami nowych ewolucyjnych rozwiązań – miejscami szybkich i nowatorskich adaptacji.

Sprytne miejskie ślimaki

Możemy obserwować tę ewolucję na terenowej wyprawie tuż za progiem naszego domu. Dobrym przykładem może być mój mały ogródek przydomowy. Muszę przyznać, że dla biologa mój ogród jest kłopotem (Frank stale mi to przypomina). Między starymi płytami chodnikowymi rosną wszelkiego rodzaju chwasty, przy jednym z rogów rośnie sobie od dawna niepielęgnowany krzew róży, przy drugim – duża doniczkowa hortensja. I jeszcze czepiające się każdego załomu pnącza, pokrywające ścianę domu.

Liście tych pnączy skrywają jeden z moich ulubionych przykładów miejskiej ewolucji. Ostrożnie obrywam kilka z nich, by pokazać Frankowi grupkę ślimaków – wstężyków gajowych obskubujących uschnięte gałęzie z poprzedniego roku. Ślimaki te, o łacińskiej nazwie Cepaea nemoralis, wywodzące się z Europy, a dziś zamieszkujące też Amerykę Północną, cechuje muszla o zmiennym wzorze i ubarwieniu. Różnice te są zapisane w ich DNA. Moje są bladożółte i mają do sześciu czarnych spiralnych pasów.

Dlaczego żółte? W odpowiedzi przywołać trzeba efekt miejskiej wyspy ciepła. Miasta są zwykle cieplejsze od otaczających je terenów, gdyż budynki i ulice pochłaniają promienie słoneczne. Wraz z ciepłem emitowanym przez miliony ludzi i ich rozliczne urządzenia nad miastem tworzy się bąbel gorącego powietrza. W stosunkowo niewielkiej miejscowości, takiej jak Lejda, śródmieście jest średnio od dwóch do trzech stopni cieplejsze niż przedmieścia. W wielkich metropoliach, takich jak Nowy Jork lub Tokio, różnica może sięgać nawet 10 stopni. Dla ślimaków, uczepionych ścian i spędzających tak nieraz całe tygodnie podczas letniej suszy, to dodatkowe ciepło może mieć fatalne skutki – szczególnie dla tych o ciemnych muszlach, pochłaniających więcej promieni. Dlatego dobór naturalny w miastach całego świata wpłynął na pojaśnienie muszli. Poza miastami znacznie częściej można spotkać osobniki o muszlach brązowych lub czerwonych.

„Spadochroniki” miejskich dmuchawców są bardziej wydłużone i opadają dwa razy szybciej niż u mniszków rosnących na dzikich łąkach.

Tuż za furtką do mego ogródka natrafiamy z Frankiem na kolejny przykład miejskiej ewolucji – mniszki (dmuchawce), wyrastające z każdej szczeliny w płytach chodnikowych. Niektóre z nich mają jeszcze żółte kwiaty, na innych widać już charakterystyczne kule białego puchu. W naturalnych warunkach nasiona te unoszą się z wiatrem, by opaść gdzieś daleko i wykiełkować w odległym miejscu. Dzięki temu unikają niepotrzebnej konkurencji. Ale w miastach ta strategia kiepsko się sprawdza, gdyż skrawek odsłoniętej ziemi, na której wyrosła macierzysta roślina, to często jedyne dostępne w okolicy miejsce. Unoszone wiatrem nasiona wylądują najpewniej na asfalcie albo na betonie. Zdecydowanie lepiej mieć cięższe nasiona, które spadną tuż obok macierzystej rośliny. Tego właśnie dowiodła w roku 2012 Arathi Seshadri z Colorado State University. Jak wykazała, „spadochroniki” miejskich dmuchawców są bardziej wydłużone i opadają dwa razy szybciej niż u mniszków rosnących na dzikich łąkach.

Paradoksalnie, bardzo podobne przystosowanie powstało w naturalnych, ale skrajnych warunkach u pokrewnej mniszkowi rośliny zwanej prosienicznikiem szorstkim (Hypochaeris radicata). Na małych wysepkach u zachodnich wybrzeży Kanady nasiona prosienicznika opadają szybciej niż u tych samych roślin na kontynencie. W tym przypadku to ryzyko opadnięcia nasion na otwartym morzu spowodowało te modyfikacje.

Światła wielkiego miasta

Kontynuując naszą terenową wyprawę w poszukiwaniu przejawów miejskiej ewolucji, Frank i ja opuszczamy ogród i po drugiej stronie głównej ulicy schodzimy nad brzeg rzeki Galgenwater. W miejscu, gdzie kiedyś urodził się Rembrandt, cumuje dziś wiele barek mieszkalnych. Dochodząc do wiszącego mostu, zauważamy rozpięte wszędzie pajęczyny: między poręczami na moście i w oknach kołyszących się na wodzie barek. Te wielkie koliste konstrukcje, o średnicach dorównujących rowerowym kołom, lśnią w promieniach słonecznych. Z ich nici zwisają martwe wyschnięte na wiór muchy i ćmy, co przypomina nam widok wznoszących się tu niegdyś szubienic.

Nigdzie natomiast nie widzimy samych pająków, z gatunku Larinioides sclopetarius, zwanych też krzyżakami mostowymi. Prowadzą one nocny tryb życia, ukrywając się za dnia w szparach i innych ocienionych miejscach i patrolując swe sieci dopiero po nastaniu zmroku. Paradoksalnie jednak sieci te budowane są masowo tuż pod lampami stojących na moście latarni. Te żyjące dziś w miastach pająki porzuciły swe tradycyjne zwyczaje, gdyż światła lamp przyciągają roje owadów. W latach 90. austriacka arachnolożka Astrid Heiling udowodniła, że żyjące w miastach krzyżaki mostowe czują pociąg do sztucznego oświetlenia, choć wciąż unikają światła słonecznego.

Co ciekawe, dokładnie odwrotną ewolucję zaobserwowano u co najmniej jednej z potencjalnych ofiar tych pająków. Dla owadów pociąg do źródeł sztucznego światła może mieć fatalne skutki. Mogą spalać się w emitowanym przez nie cieple, tracić siły, krążąc wokół lampy (mogłyby je lepiej wykorzystać na poszukiwanie pożywienia lub zaloty) lub kończyć żywot w szczękach pająków mostowych. Wielu entomologów uważa, że ten niepohamowany pociąg jest tak silnie wpisany w struktury mózgu owadów, że nie można go w żaden sposób wyłączyć, nawet zważywszy na jego śmiercionośne skutki.

Ale takie rozumowanie nie przemawiało do szwajcarskiego entomologa Floriana Altermatta. Zajął się badaniem niewielkiej ćmy o wdzięcznej nazwie namiotnik trzmieliniaczek (Yponomeuta cagnagella). Zebrał setki larw w dobrze oświetlonych miejscach w śródmieściu Bazylei i podobną ich liczbę w zacienionych lasach poza miastem. Następnie hodował je w laboratorium, a wykluwające się ćmy znakował kolorowymi plamkami zależnie od miejsca ich pochodzenia. Później wszystkie je umieścił w wielkiej, ciemnej klatce z lampą fluorescencyjną w jednym z rogów. Jak można się było spodziewać, leśne ćmy skupiały się wokół lampy, ale te „cywilizowane” raczej jej unikały. Altermatt uznał więc, że zdołały wykształcić jakiś rodzaj odporności na jej wabiącą siłę.

Przyspieszona ewolucja

Tych kilka wyrywkowych przykładów miejskiej ewolucji, które obserwowaliśmy z Frankiem podczas naszego spaceru, reprezentuje powszechny proces zachodzący w miejskich ekosystemach na całym świecie. Poza podwyższoną temperaturą związaną z miejskimi wyspami ciepła, ścianami z betonu i szkła i wszechobecnym sztucznym światłem, miejskie organizmy muszą sobie radzić z niezliczonymi innymi wyzwaniami: hałasem, zanieczyszczeniem chemicznym czy ruchem ulicznym, by wymienić tylko niektóre z nich. Specjaliści od miejskiej ewolucji (są już tacy) stwierdzili istnienie wielu specyficznych adaptacji do takich związanych z miastami wyzwań. Niektóre organizmy potrafią nawet przezwyciężyć pozornie zabójcze stężenia trujących związków chemicznych. Andrew Whitehead z University of California w Davis stwierdził wraz ze współpracownikami, że drobne ryby estuariowe na wschodnim wybrzeżu USA, zwane przydenkami żebrowatymi, wykształciły odporność na stężenie trujących związków zwanych PCB (polichlorowane bifenyle) przekraczające osiem tysięcy razy śmiertelny dla tych ryb poziom.

Ale od czynników fizycznych i chemicznych ważniejsze są te biologiczne. Nowi mieszkańcy miast muszą się stykać i wchodzić w relacje z niezliczonymi obcymi gatunkami, bądź to świadomie wprowadzonymi, bądź przypadkowo zawleczonymi: roślinami ozdobnymi, odmianami rolniczymi i towarzyszącymi im szkodnikami, zwierzętami domowymi i wszystkimi owadami i chwastami, które przywędrowały na ludziach lub ich samochodach. Wszystkie te organizmy tworzą przypadkowy ekosystem, choć nigdy wcześniej nie miały okazji przystosować się do swojej obecności. Teraz jednak ich współzależność stanowi ewolucyjny napęd do nowych adaptacji: egzotyczne papugi uczą się zjadać występujące w miastach nasiona, a zadomowione w miastach ptaki zdobywają odporność na nowe pasożyty.

Te wszystkie nowe wyzwania sprawiają, że ewolucja w miastach przyspiesza. Nowe przystosowania powstają w ciągu dziesięcioleci, czasem nawet w okresie liczonym pojedynczymi latami. W przypadku przydenek tolerancja na związki PCB powstała w ciągu kilkudziesięciu pokoleń tych rybek, co – jak wynika z teoretycznych wyliczeń – może być maksymalną szybkością ewolucji dla tego gatunku.

Dla wielu biologów takie tempo ewolucji wydaje się nie do przyjęcia. W końcu Darwin pisał kiedyś: „Tych drobnych postępowych zmian nie dostrzegamy, dopóki ręka czasu nie odciśnie swojego piętna na długim szeregu wieków” [Karol Darwin, O powstawaniu gatunków…, na podstawie przekładu Szymona Dicksteina i Józefa Nusbauma, Warszawa, 2009]. Tyle że akurat pod tym względem Darwin się mylił – gdy nacisk selekcyjny jest potężny, ewolucja może znacząco przyśpieszać, szczególnie w przypadku organizmów rozmnażających się kilka razy do roku.

Czy wszystkie gatunki po prostu przystosują się do zmienionych przez człowieka warunków? Niestety, nie.

W szerokiej analizie ponad 1600 prac na temat konkretnych przypadków, opublikowanej w zeszłym roku w Proceedings of the National Academy of Sciences (USA), grupa badaczy pod kierunkiem Mariny Alberti z University of Washington stwierdziła, że istnieją oczywiste oznaki przyspieszonej ewolucji w miastach – niekiedy dwukrotnie przewyższające normę. Jednym z najważniejszych czynników tego zjawiska była introdukcja egzotycznych gatunków do środowiska.

Czy oznacza to, zważywszy, że taka przyspieszona ewolucja w miastach zachodzi na całym świecie, iż wszystko jest w porządku? Czy wszystkie gatunki po prostu przystosują się do zmienionych przez człowieka warunków, opanowujących coraz większe połacie globu w obecnej epoce geologicznej zwanej antropocenem? Niestety, nie. Tylko niektóre z nich zdołają opanować miasta, przeżyć w nietypowych dla nich warunkach i odnieść sukces. Na każdą taką szczęśliwie zakończoną historię przypadają dziesiątki innych, które przyniosły porażkę – gatunki okazały się niezdolne do adaptacji i wyginęły. Wiele gatunków zawsze będzie wymagało istnienia rezerwatów, obszarów chronionych i innych zabezpieczeń, które pozwolą dzikiej przyrodzie przetrwać w zurbanizowanym świecie przyszłości. Nie zmienia to jednak faktu, że rozrastające się miejskie ekosystemy stanowią nową, fascynującą fazę w historii życia na Ziemi. Nigdy wcześniej takie skrajne środowiska nie zajmowały tak wielkich obszarów globu. Wszystkie wielkie miasta wykazują pewne wspólne cechy, do których rośliny i zwierzęta muszą się dostosować w podobny sposób. Być może profesjonalnych biologów w badaniu tych zmian wspomogą rzesze amatorów-naturalistów. Wiele miejskich gatunków, takich jak gołębie, biała koniczyna czy mniszek lekarski, ma zasięg globalny i taka międzynarodowa społeczność zainteresowanych ochotników mogłaby sprawnie obserwować zachodzące procesy (nawiasem mówiąc, ewolucję żółtych muszli u wstężyków gajowych udało się stwierdzić dzięki takim wolontariuszom wyposażonym w smartfony z aplikacją SnailSnap, którzy dostarczyli danych na temat ponad 12 tys. ślimaków z holenderskich miast).

Może się okazać, że wszystkie te dzielne stworzenia przystosowujące się w podobny sposób do zbliżonych warunków w miastach upodobnią się do siebie, przyjmując wobec podobnych wyzwań zbliżone rozwiązania. Globalna homogenizacja stanie się wówczas cechą odróżniającą ewolucję w miastach od tej „naturalnej” i swoistą wizytówką wpływu człowieka na inne gatunki. Ponieważ jednak to, co zachodzi w dzisiejszym świecie, nie ma precedensów w przeszłości, możemy jedynie spekulować, co przyniesie przyszłość.