Царевицата е една от най-важните култури в света. Ние не просто го пускаме и го струпваме върху кочана; царевицата може да се превърне в брашно и сироп, подава се на добитък, трансформира се в етанол и дори може да се използва за направата на пластмаса. Между 2016 и 2017 г. по целия свят са произведени около милиард тона царевица и царевицата дава повече от шест процента от всички хранителни калории за хората.
Историята на това скромно, но удобно нишесте започва преди хиляди години в Мексико, с опитомяването на древна трева, наречена teosinte. Но според ново изследване, публикувано в Science, траекторията на еволюцията на teosinte в златното зърно, каквато познаваме днес, може да бъде по-сложна, отколкото учените смятаха по-рано.
Одомашняването на царевицата, общоприетата теория, се случва в долината на река Балсас в южно-централната част на Мексико. Преди около 9 000 години ранните фермери в този регион започнаха да избират за благоприятни черти на teosinte, който изглежда много различен от съвременната царевица и не е особено приятен; кочанът му е малък и няколкото му ядки са заобиколени от здрав корпус. Но с човешка намеса teosinte еволюира в вкусна, нежна царевица, която впоследствие е пренесена в други части на Америка. По време на европейската колонизация през 15 век царевицата е основен хранителен източник в много части на региона.
Логан Кистлер, водещият автор на изследването и уредник на археоботаниката и археогеномиката в Националния природонаучен музей на Смитсън, казва, че според тази теория генетичният поток от див teosinte все още се е случвал в някаква опитомена царевица, но „в голяма, еволюционно важен начин, генетичният поток се спира повече или по-малко в общия прародител на цялата царевица. “
Последните разкрития обаче подтикнаха Кистлер и неговите колеги да преосмислят тази идея. През 2016 г. две независими изследователски групи анализираха ДНК на царевични кочани на 5000 години от пещера в Мексико и установиха, че древната царевица все още е в разгара на процеса на опитомяване. Кочаните имаха някои гени, свързани с teosinte, диктуващи неща като разпръскване на семена и производство на нишесте и други гени, характерни за опитомената царевица, като варианти, отговорни за елиминирането на твърдата външна обвивка на teosinte.
Тези открития, според Кистлер, са били изненадващи. По времето, когато кочаните се озовават на пода на древната пещера, царевицата вече е пътувала далеч отвъд Мексико и се е отглеждала в югозападната част на Амазонка от около 1500 години. Еволюционната история на зърното, с други думи, изглежда се разклони на два различни пътя.
„Имате този парадокс, това несъответствие, при което вече имате царевица, която непрекъснато се култивира в части от Амазонка в продължение на хиляди години, а след това дори не е завършена опитомяването в центъра на произход“, обяснява Кистлер. „За да съгласуваме археологията и генетиката ... трябваше да помислим за нов модел на опитомяване.“
И така, Kistler и неговите колеги изследователи решили да разгледат по-отблизо царевичната ДНК - и това, което те открили, предполага, че докато опитомяването на teosinte наистина е започнало в Мексико,
Не трябва да мислим за одомашняване на царевицата като за дискретно събитие. Вместо това еволюцията на зърното беше дълъг и объркан процес, като последните етапи от опитомяването му се случиха повече от веднъж, на повече от едно място.
Новото проучване анализира геномите на повече от 100 разновидности на съвременната царевица, около 40 от които са секвенирани от изследователите. Екипът също разгледа ДНК на 11 древни растения. Когато начертали генетичните връзки между екземплярите, изследователите открили няколко различни линии, всеки със собствена уникална връзка с teosinte. Най-същественото е, че резултатите разкриват, че макар оползотворяването на царевицата да е започнало с един голям генофонд в Мексико, зърното е пренесено на друго място, преди процесът на опитомяване да бъде завършен.
„В геномите открихме доказателства, че царевицата от Южна Америка всъщност произхожда от една от тези полу-домашни линии“, казва Кистлер. „Имате тези паралелни еволюции в различни части на Америка, с различни групи хора.“
Според проучването имаше голяма вълна от „прото-царевица“ от Мексико към Южна Америка. Частично опитомената царевица изглежда е кацнала в югозападната част на Амазонка, която вече е била гореща точка за опитомяването на други растения, включително ориз, тиква и маниока. Kistler теоретизира, че царевицата е приета в селскостопанските практики там, което дава шанс на процеса на опитомяване да се вземе там, където е останала. Възможно е, макар и не сигурно, царевицата на това ново място да се развива по-бързо от царевицата в центъра на опитомяване, което би обяснило защо 5 000-годишните кочани от пещерата в Мексико се оказват в междинна фаза на опитомяване във време, когато царевицата вече се отглеждаше в Амазонка.
"Причината за това е, че нямате постоянен поток на ген от дивата популация ... където дивата царевица в края на полето ще допринесе с много прашец", казва Кистлер. „Това ще забави ефикасността на селекцията и няма да бъдете толкова ефективно, че да можете да управлявате селекцията за тези черти.“
След като се инкубира в югозападната Амазонка в продължение на няколко хиляди години, царевицата отново върви в движение, според авторите на изследването - този път към източната Амазонка, където се разраства сред общ разцвет на селското стопанство, което археолозите наблюдават в региона.
Друго интересно откритие се крие във факта, че съвременната царевица от Андите и югозападната Амазонка е тясно свързана с царевицата, отглеждана в източна Бразилия, което сочи друго движение на изток. Това съвпада с археологическите доказателства - например разпространението на керамичните традиции, например - предполагайки, че хората в Америка са започнали да се разширяват на изток преди около 1000 години, според Kistler. Днес всъщност хората, които говорят езици на макро-йе близо до атлантическото крайбрежие на Бразилия, използват коренна амазонска дума за „царевица“.
Парчетата от този генетичен пъзел в началото не съвпадаха ясно. Кистлер каза, че геномните данни, които той и колегите му изследователи събират, са „наистина объркващи от дълго време“.
„Не можахме да направим глави или опашки от това, което виждаме, докато не започнахме да говорим с езикови експерти, палеоеколози и археолози“, уточнява той. "Тогава щракна."
Някои разкрития станаха по щастливо съвпадение. Докато Кистлър представяше ранна версия на своите открития в Бразилия миналата година, сред аудиторията беше Флавиан Малакиас Коста, докторант в университета в Сао Пауло. Тя посочи, че генетичната карта на Кистлер има забележително сходство с разпространението на амазонска дума за царевица. По-късно Йонас Грегорио де Суза и Едуардо Рибейро, изследователи от Университета на Ексетер и Музея по естествена история, съответно помогнаха за по-нататъшното свързване на тази езикова тенденция с пейзажа.
Колективната работа на екипа „добре представя явен модел, при който царевицата продължава да се развива след пристигането си в Южна Америка“, казва Джефри Рос-Ибара, растениевъд в Калифорнийския университет, Дейвис, който изучава еволюционната генетика на царевицата и теосинтета, но не е участвал в това проучване. „Макар и да не е второ опитомяване само по себе си, това подчертава, че царевицата в Южна Америка е претърпяла значителна адаптация, донякъде независимо от царевицата в Мексико.“
За Майкъл Блейк, антрополог от Университета на Британска Колумбия, чиито изследвания се фокусират върху произхода и разпространението на селското стопанство, последователността на проучването на девет археологически растения е особено вълнуваща. "Все още не сме имали много добри контексти [в Южна Америка], където можем да получим добри образци от археологическа царевица, които са надеждно датирани и ... достатъчно добре запазени, за да могат да дадат генетични доказателства", казва той.
Но Блейк също така отбелязва, че тези древни проби са били само на около 1000 години, което е „доста късно в еволюцията на царевицата.“ Има много малко археологически проби от царевица от Южна Америка отпреди пет-шест хиляди години, което затруднява за да получите пълна картина на зърното, което е извършено от Мексико.
„Самата генетична характеристика може да не ни каже много за морфологията [или формата и структурата на растенията], защото не знаем точно какви са връзките между аспектите на морфологията и самите гени“, обяснява Блейк.
Кистлер признава, че би било „наистина хубаво” да има такива стари доказателства от Южна Америка, но той също мисли за бъдещето. Важно е да се разбере как царевицата се е адаптирала към нови среди в миналото, защото зърното продължава да бъде жизненоважен хранителен източник и днес, казва Кистлер. Досега опитомяването на царевицата е толкова успешно, защото симбиотичната връзка между хората и растението процъфтява от хилядолетия; чрез отглеждането на царевица хората получават надежден хранителен източник и царевицата редовно се засява в среда, богата на хранителни вещества.
Нашият бързо променящ се климат обаче „леко повтаря тази връзка“, обяснява Кистлер. „Така че е още по-важно да мислим по отношение на биоразнообразието и откъде идва адаптивността, когато нашата система за производство на храни започне да реагира зле на променящите се климатични характеристики на високо ниво.“
