Смитсоновские ученые и сотрудники пересматривают историю одной из самых важных сельскохозяйственных культур в мире. Опираясь на генетические и археологические данные, исследователи обнаружили, что предшественник сегодняшних растений кукурузы, все еще несущий многие черты своего дикого предка, вероятно, был завезен в Южную Америку из Мексики более 6 500 лет назад. Фермеры в Мексике и на юго-западе Амазонки продолжали улучшать урожай на протяжении тысячелетий, пока он не был полностью одомашнен в каждом регионе.
Выводы, опубликованные в декабре.13 в журнале Science, являются результатом междисциплинарного международного сотрудничества между учеными из 14 учреждений. Их отчет углубляет понимание исследователями долгой общей истории между людьми и кукурузой, что имеет решающее значение для управления нашими хрупкими отношениями с растениями, которые нас кормят, сказал Логан Кистлер, куратор археогеномики и археоботаники в Смитсоновском национальном музее естественной истории и ведущий автор исследования. «Долгая эволюционная история одомашненных растений делает их пригодными для жизни человека сегодня», - сказал он. «Понимание того, что история дает нам инструменты для оценки будущего кукурузы, поскольку мы продолжаем радикально изменять нашу глобальную окружающую среду и увеличивать наши сельскохозяйственные потребности в земле по всему миру».
История кукурузы начинается с ее дикого предка теосинте. Теосинте мало похож на кукурузу, которую едят сегодня: ее початки крошечные, а немногочисленные зерна защищены почти непроницаемой внешней оболочкой. На самом деле, сказал Кистлер, непонятно, зачем людям все это. Однако со временем, когда первые фермеры отбирали желаемые черты, потомки дикого растения развили более крупные початки и более нежные, обильные зерна, в конечном итоге став основной культурой, которой сегодня является кукуруза.
В течение многих лет генетики и археологи пришли к выводу, что превращение теосинте в кукурузу началось в тропических низинах того, что сейчас является южной Мексикой, около 9000 лет назад. Теосинте, который сегодня растет в этом регионе в диком виде, генетически больше похож на кукурузу, чем теосинте в других местах Мексики и Центральной Америки, хотя все они по-прежнему отделены от одомашненных культур сотнями генов..
На юго-западе Амазонки и на побережье Перу микроскопическая пыльца и другие устойчивые растительные остатки, обнаруженные в древних отложениях, указывают на то, что полностью одомашненная кукуруза использовалась около 6 500 лет назад, и исследователи первоначально пришли к выводу, что полностью одомашненное растение должно были занесены туда с севера, когда люди мигрировали на юг и через Америку.
«Насколько мы могли судить до проведения нашего исследования, похоже, что в Мексике произошло единственное событие одомашнивания, и что люди затем распространили его дальше на юг после того, как одомашнивание произошло», - сказал Кистлер..
Но несколько лет назад, когда генетики секвенировали ДНК пятитысячелетней кукурузы, найденной в Мексике, история стала еще сложнее. Генетические результаты показали, что то, что они нашли, было прото-кукурузой - ее гены представляли собой смесь генов теосинте и одомашненных растений. Согласно древней ДНК, этому растению не хватало жесткой оболочки ядра теосинте, но эта прото-кукуруза еще не приобрела других признаков, которые в конечном итоге сделали кукурузу пригодной для употребления в пищу культурой.
«Но у вас есть непрерывное выращивание кукурузы на юго-западе Амазонки с 6 500 лет назад вплоть до европейской колонизации», - сказал Кистлер. «Как у вас может быть такой процветающий, полностью одомашненный комплекс кукурузы на юго-западе Амазонки, и в то же время рядом с центром одомашнивания в Мексике процесс одомашнивания все еще продолжается?»
В попытке разгадать эту загадку группа Кистлера реконструировала эволюционную историю растения, проведя генетическое сравнение более 100 сортов современной кукурузы, произрастающих по всей Америке, включая 40 недавно секвенированных сортов, многие из которых восточные низменности Южной Америки, которые были недостаточно представлены в предыдущих исследованиях. Многие из этих сортов были собраны в сотрудничестве с местными и традиционными фермерами за последние 60 лет и хранятся в генбанке Embrapa, сельскохозяйственного предприятия бразильского правительства. Фабио Фрейтас, этноботаник и специалист по охране ферм в Embrapa, сказал, что его работа по сохранению традиционных культурных растений с местными группами с южной границы лесов Амазонки помогла обсудить, как могло происходить распространение кукурузы в прошлом. Геномы 11 древних растений, в том числе девять недавно секвенированных археологических образцов, также были частью анализа. Команда наметила генетические отношения между растениями и обнаружила несколько различных линий, каждая из которых имеет свою степень сходства с их общим предком, теосинте. Другими словами, объяснил Кистлер, последние этапы одомашнивания кукурузы происходили более чем один раз в более чем одном месте.
«Эта работа коренным образом меняет наше понимание происхождения кукурузы», - сказал соавтор исследования Робин Аллаби из Школы наук о жизни Уорикского университета. «Это показывает, что у кукурузы не было простой истории происхождения, что на самом деле она не формировала урожай в том виде, в каком мы ее знаем, пока не покинула свою родину».
Поначалу, по словам Кистлера, генетические доказательства вызывали недоумение. Но когда он и его сотрудники начали интегрировать то, что каждый из них узнал об истории Южной Америки, возникла картина того, как кукуруза могла распространиться по континенту.
Протокукуруза в разгар одомашнивания, похоже, достигла Южной Америки по крайней мере дважды, сказал Кистлер. К 6 500 годам назад частично одомашненное растение прибыло в регион на юго-западе Амазонки, который уже был горячей точкой одомашнивания, где люди выращивали рис, маниоку и другие культуры. Растение, вероятно, было принято как часть местного сельского хозяйства и продолжало развиваться под влиянием человека, пока тысячи лет спустя не стало полностью одомашненной культурой. Оттуда одомашненная кукуруза двинулась на восток в рамках общего расширения и интенсификации сельского хозяйства, отмеченного археологами в регионе. Кистлер сказал, что примерно 4000 лет назад кукуруза широко распространилась по низменностям Южной Америки. Генетические и археологические данные также позволяют предположить, что выращивание кукурузы расширилось на восток во второй раз, от предгорий Анд к Атлантике, около 1000 лет назад. Сегодня следы этой истории существуют в языках макро-же, на которых говорят у атлантического побережья, в которых используется амазонское слово для обозначения кукурузы.