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城市化进程重塑了地球的外貌，也改变了大量生物栖息的环境。在全球一半人口生活在城镇区域的今天，那些仍然生存在城市中的生物，如何适应从草原、湿地到“钢筋森林”的环境剧变？全球范围内，生物在不同地区的演化是否遵循着同样的轨迹？尽管人们早已开始了解人类活动和城市化对生物演化的影响，但全球范围内的演化图景却不清晰——我们不知道，同种生物在北美洲和非洲的城市中，是否按照同样的方式演化。直到本周，在《科学》杂志的封面文章中，多达287位科学家通过一项前所未有的全球大规模研究项目——全球城市演化项目（GLUE），为我们讲述了一个在人类影响下的物种平行演化故事。这项研究也提供了迄今为止最为清晰的证据，阐述了人类如何驱动全球生命的演化。
要研究这样的问题，首先要找到合适的研究对象。GLUE的科学家选择了白车轴草（Trifolium repens，俗称白三叶草，我们熟悉的三叶草也包含了这种植物），这种多年生草本植物演化速度极快，因此可以及时反映人类活动的影响；另一方面，它们在除南极洲以外的所有大洲广泛分布，可以说，几乎每一座城市中，都能找到这种植物——能做到这一点的物种寥寥无几。
在这项研究中，全球科学家从26个国家160座城市及周围乡村的超过6000个种群中，收集了超过11万株白车轴草。从对卫星图像的对比分析中，研究者已经发现，相比于不同乡村的环境差异，不同城市的环境条件更为相似。因此他们希望通过白车轴草揭示的是，与长在乡村地区的白车轴草相比，城市中的白车轴草为了适应环境变化，是否会表现出类似的定向演化？
▲研究团队对来自全球的超过11万株白车轴草进行了分析（图片来源：Nick Iwanyshyn）
在其他案例中，相似的环境常常会导致相近的演化方向，但人们也找到了不少反例。令科学家感到好奇的是，为什么一些生物会在类似的环境中平行演化，另一些却有着独特的演化方式？GLUE的科学家关注的，是白车轴草的一个特征性产物：氰化氢。部分白车轴草体内会产生剧毒的氰化氢，一方面是用作防御机制，避免食草动物的进食；另一方面，可以帮助植株抵御环境压力，增强在干旱或霜降环境下的生存能力。研究团队分析比较了不同城市与乡村中，白车轴草生成氰化氢的频率。结果，在39%的城市中（62座），白车轴草产氰化氢的比例显著低于周围乡村；相反，仅有13座城市（占8%）白车轴草产氰化氢的比例高于乡村。对超过2000株样本的全基因组测序表明，自然选择是导致这一性状演化的主要驱动力。也就是说，多数情况下，城市化导致的环境变化使得产生氰化氢的白车轴草比例下降了。
▲在不同的城市与乡村地区，白车轴草展现出显著差异（图片来源：参考资料[1]）另一个值得关注的问题是，在不同地区，城乡白车轴草的性状差异幅度各不相同。是什么因素导致了这样的差异？结合不同地区的卫星图像，研究团队找到了答案。一个生物因素——植被分布（反映食草动物的破坏情况），以及一个非生物因素——干旱，共同导致了上述差异。具体来说，在食草动物压力较大的地区，这些动物的存在使得乡村中产氰化氢的植株比例更高；但在食草动物压力不大的地方，干旱就成了主要影响因素，驱使产氰化氢的植株比例增加。
▲植被与干旱程度影响植株性状的演化（图片来源：参考资料[1]）总体而言，尽管不同地区程度有所差异，但在全球的大多数地区，城市化导致白车轴草中的防御性分子出现频率下降，这反映了城市中干旱压力和食草动物压力的下降。因此在全球范围内，这些植株表现出了相似的适应性演化趋势。白车轴草虽小，但通过这种常见植株揭示的问题足够重要。根据这项研究的发现，科学家可以开发保护稀有物种的策略，帮助它们适应城市环境；另一方面，当我们希望让一些害虫和病原体远离城市时，这项研究也可能为我们找到应对策略。这项研究的共同领导者，加拿大密西沙加大学的博士生James Santangelo说：“我们早已了解，人类对城市环境和生态产生了巨大影响，但我们通过这项研究证明了，这种改变在全球范围内总是以类似的方式发生。”参考资料：
[1] James S. Santangelo et al., Global urban environmental change drives adaptation in white clover. Science 2022) DOI: 10.1126/science.abk0989
[2] New, clearest evidence yet that humans are a dominant force driving evolution. Retrieved Mar. 17, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/946241
[3] Urban Evolution Goes Global: Main findings from the Global Urban Evolution Project. Retrieved Mar. 17, 2022 from https://urbanevolution-litc.com/2022/03/17/urban-evolution-goes-global-main-findings-from-the-global-urban-evolution-project/
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