Городской остров тепла сделал листья рожковой кислицы красными

На высокоурбанизированных территориях по всему миру чаще встречаются растения кислицы рожковой с красными листьями, а не зелеными. Эти особи лучше фотосинтезируют и выживают в условиях теплового стресса благодаря высокому содержанию антоцианов. Ученые считают, что эта дивергенция — свидетельство эволюционной адаптации растений к городским островам тепла. Такие выводы содержит статья, опубликованная в журнале Science Advances.

Климат внутри любого города отличается от климата окружающих его территорий: из-за обилия таких непроницаемых поверхностей как асфальт, бетон, плитка и тротуарный камень, плотной застройки и изменения циркуляции воздуха в нем возникает городской остров тепла — Urban Heat Island (UHI). Городские экосистемы в пределах UHI хорошо подходят для изучения эволюционных процессов, которые происходят в ответ на изменение климата, потому что там они проявляются значительно быстрее. Наибольший интерес вызывает адаптация растений к потеплению: они неспособны активно передвигаться и укрываться от действия высоких температур, поэтому для них тепловой стресс особенно опасен.

Ученые под руководством Юя Фукано (Yuya Fukano) из Университета Тиба изучили адаптацию кислицы рожковой (Oxalis corniculata L.) к условиям городского острова тепла. Это многолетнее травянистое растение-космополит, которое встречается в городских садах, парках и на лужайках, а также у обочин дорог и на сельскохозяйственных угодьях многих стран мира. У кислицы есть две внутривидовые морфологические формы — с обычными зелеными листьями и с листьями оттенков от красно-коричневого до пурпурного, причем краснолистные кислицы чаще встречаются на высокоурбанизированных территориях.

Ботаники провели полевые наблюдения за кислицей в разных зонах Токио, изучили распределение пигментов в ее листьях с помощью микроскопии, провели полногеномный анализ разных вариаций растения, а также собрали все данные о морфологии и местоположении растений в других городах мира, опубликованные до 18 июля 2021 года на платформе iNaturalist. Также они поставили модельные эксперименты, в которых выращивали рассаду из семян кислицы с зелеными и красными листьями в условиях наличия и отсутствия высокотемпературного стресса.

Ученые подтвердили, что краснолистные особи чаще встречались на высокоурбанизированных территориях, чем растения с зелеными листьями — как в Токио, так и в других городах мира. При этом растения с красными листьями были лучше адаптированы к высоким температурам: в условиях теплового стресса у них отмечались более высокая выживаемость, скорость фотосинтеза и большее количество семенных коробочек. Генетический анализ показал, что обе формы кислицы относятся к одной парафилетической группе, и красные листья, вероятно, несколько раз эволюционировали из предковых зеленых из-за дивергентного отбора. Авторы отметили, что антоцианы снижают фотоокислительное повреждение листьев, риск которого возрастает при тепловом стрессе, и судя по всему красные листья кислицы в городах — это свидетельство адаптивной эволюции растений в условиях городских островов тепла.

Недавно ученые обнаружили еще один физиологический отклик растений на изменение климата. Оказалось, что вегетационный сезон в умеренных и бореальных лесах северного полушария теперь стартует на 1,9±0,1 дня раньше весной и заканчивается на 2,6±0,1 дня раньше осенью, то есть постепенно сокращается. Это происходит из-за растягивания осеннего старения листьев.