Trzy około 2000-letnie kolby kukurydzy ze schroniska skalnego El Gigante w Hondurasie. Te kolby kukurydzy zostały genetycznie przeanalizowane przez międzynarodowy zespół naukowców. W wydaniu 14 grudnia czasopisma Proceedings of the National Academy of Sciences Logan Kistler, kurator archeogenomiki i archeobotaniki w Smithsonian's National Museum of Natural History oraz międzynarodowy zespół współpracowników donoszą o w pełni zsekwencjonowanych genomach trzech około 2000 -letnie kolby ze schroniska skalnego El Gigante w Hondurasie. Analiza trzech genomów ujawnia, że te tysiącletnie odmiany kukurydzy z Ameryki Środkowej miały pochodzenie południowoamerykańskie i dodaje nowy rozdział w wyłaniającej się złożonej historii historii udomowienia kukurydzy. W połączeniu z ostatnimi badaniami dotyczącymi udomowienia kukurydzy w tym regionie, te ostatnie odkrycia sugerują, że coś doniosłego mogło mieć miejsce w udomowieniu kukurydzy około 4000 lat temu w Ameryce Środkowej i że mógł mieć zastrzyk różnorodności genetycznej z Ameryki Południowej. coś z tym zrobić. Źródło:Thomas Harper
Trzy 2000-letnie kolby w Hondurasie pokazują, że ludzie sprowadzili odmiany kukurydzy z powrotem do Mezoameryki, prawdopodobnie pobudzając produktywność i kształtując cywilizację.
Jakieś 9000 lat temu kukurydza, jaką znamy dzisiaj, nie istniała. Starożytne ludy w południowo-zachodnim Meksyku napotkały dziką trawę zwaną teosinte, która oferowała uszy mniejsze niż mały palec z zaledwie garstką kamienistych ziaren. Ale z powodu geniuszu lub konieczności, ci rdzenni hodowcy dostrzegli potencjał w zbożu, dodając je do swojej diety i kierując je na ścieżkę, aby stać się udomowioną rośliną uprawną, która teraz żywi miliardy.
Pomimo tego, jak ważna dla współczesnego życia jest kukurydza, wciąż brakuje zrozumienia jej podróży w czasie i przestrzeni. Teraz zespół kierowany przez naukowców ze Smithsonian wykorzystał starożytne DNA, aby wypełnić kilka z tych luk.
Nowe badanie, które ujawnia szczegóły 9000-letniej historii kukurydzy, jest doskonałym przykładem tego, w jaki sposób podstawowe badania nad starożytnym DNA mogą dostarczyć wglądu w historię ludzkości, który w innym przypadku byłby niedostępny, powiedział współautor Logan Kistler, kurator archeogenomiki. i archeobotanika w Narodowym Muzeum Historii Naturalnej Smithsonian.
„Udomowienie – ewolucja dzikich roślin na przestrzeni tysięcy lat w rośliny uprawne, które dziś nas żywią – jest prawdopodobnie najważniejszym procesem w historii ludzkości, a kukurydza jest jedną z najważniejszych upraw obecnie uprawianych na planecie” – powiedział Kistler. „Zrozumienie więcej na temat ewolucyjnego i kulturowego kontekstu udomowienia może dać nam cenne informacje o tym jedzeniu, na którym tak bardzo polegamy, i jego roli w kształtowaniu cywilizacji, jaką znamy”.
Asortyment kolb kukurydzy w różnym wieku znalezionych w miejscu schronu skalnego El Gigante w Hondurasie. Źródło:Thomas Harper
W wydaniu czasopisma Proceedings of the National Academy of Sciences z 14 grudnia 2020 r. Kistler i międzynarodowy zespół współpracowników donoszą o w pełni zsekwencjonowanych genomach trzech około 2000-letnich kolb ze schroniska skalnego El Gigante w Hondurasie. Analiza trzech genomów ujawnia, że te tysiącletnie odmiany kukurydzy z Ameryki Środkowej miały pochodzenie południowoamerykańskie i dodaje nowy rozdział w wyłaniającej się złożonej historii historii udomowienia kukurydzy.
„Pokazujemy, że ludzie przewozili kukurydzę z Ameryki Południowej z powrotem do centrum udomowienia w Meksyku” – powiedział Kistler. „Dostarczyłoby to zastrzyku różnorodności genetycznej, która mogłaby zwiększyć odporność lub zwiększyć produktywność. Podkreśla również, że proces udomowienia i ulepszania upraw nie odbywa się po prostu w linii prostej”.
Ludzie zaczęli selektywnie hodować dzikiego przodka kukurydzy teosinte około 9000 lat temu w Meksyku, ale częściowo udomowione odmiany tej rośliny nie dotarły do reszty Ameryki Środkowej i Południowej przez kolejne 1500 i 2000 lat.
Przez wiele lat konwencjonalne myślenie wśród uczonych głosiło, że kukurydza została najpierw w pełni udomowiona w Meksyku, a następnie rozprzestrzeniona gdzie indziej. Jednak po tym, jak 5000-letnie kolby znalezione w Meksyku okazały się tylko częściowo udomowione, uczeni zaczęli ponownie zastanawiać się, czy to myślenie zawiera pełną historię udomowienia kukurydzy.
Następnie, w przełomowym badaniu przeprowadzonym w 2018 roku przez Kistlera, naukowcy wykorzystali starożytne DNA, aby pokazać, że chociaż pierwsze kroki w kierunku udomowienia Teosinte miały miejsce w Meksyku, proces ten nie został jeszcze ukończony, gdy ludzie po raz pierwszy zaczęli przenosić go na południe do Ameryki Środkowej i Południowej. W każdym z tych trzech regionów proces udomowienia i ulepszania upraw przebiegał równolegle, ale z różnymi prędkościami.
Asortyment kolb kukurydzy w różnym wieku znalezionych w miejscu schronu skalnego El Gigante w Hondurasie. Po tym, jak naukowcy po raz pierwszy odkryli pozostałości w pełni udomowionej i wysoce produktywnej odmiany 4300-letniej kukurydzy w schronie skalnym El Gigante, zespół przeszukał warstwy archeologiczne otaczające to miejsce w poszukiwaniu innych kolb, ziaren lub czegokolwiek, co mogłoby dostarczyć materiału genetycznego . Zaczęli również pracować nad sekwencjonowaniem niektórych 4300-letnich próbek kukurydzy na miejscu – najstarszych śladów upraw w El Gigante. W ciągu dwóch lat zespół próbował zsekwencjonować 30 próbek, ale tylko trzy miały odpowiednią jakość do zsekwencjonowania pełnego genomu. Wszystkie trzy żywotne próbki pochodziły z nowszej warstwy zajmowanej przez schronisko skalne – węgiel datowany na 2300–1900 lat temu – ujawniając genetyczne nakładanie się trzech próbek ze schroniska skalnego w Hondurasie i odmian kukurydzy z Ameryki Południowej. W wydaniu 14 grudnia czasopisma Proceedings of the National Academy of Sciences Logan Kistler, kurator archeogenomiki i archeobotaniki w Smithsonian's National Museum of Natural History oraz międzynarodowy zespół współpracowników donoszą o w pełni zsekwencjonowanych genomach trzech około 2000 -letnie kolby ze schroniska skalnego El Gigante w Hondurasie. Analiza trzech genomów ujawnia, że te tysiącletnie odmiany kukurydzy z Ameryki Środkowej miały pochodzenie południowoamerykańskie i dodaje nowy rozdział w wyłaniającej się złożonej historii historii udomowienia kukurydzy. Źródło:Thomas Harper
W ramach wcześniejszych prób dopracowania szczegółów tej bogatszej i bardziej złożonej historii udomowienia, zespół naukowców, w tym Kistler, odkrył, że 4300-letnie resztki kukurydzy ze schronu skalnego El Gigante w Ameryce Środkowej pochodziły z w pełni udomowionego i wysoce produktywna różnorodność.
Zaskoczony odkryciem w pełni udomowionej kukurydzy w El Gigante, współistniejącej w regionie niedaleko miejsca odkrycia częściowo udomowionej kukurydzy w Meksyku, Kistler i współkierownik projektu Douglas Kennett, antropolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara, połączyli siły, aby genetycznie określić, skąd pochodzi kukurydza El Gigante.
„Schronisko skalne El Gigante jest niezwykłe, ponieważ zawiera dobrze zachowane szczątki roślin z ostatnich 11 000 lat” – powiedział Kennett. „Zidentyfikowano ponad 10 000 szczątków kukurydzy, od całych kolb po fragmentaryczne łodygi i liście. Wiele z tych szczątków datuje się późno, ale dzięki szeroko zakrojonym badaniom radiowęglowym byliśmy w stanie zidentyfikować niektóre szczątki datowane już na 4300 lat temu”.
Przeszukali warstwy archeologiczne otaczające schronienie skalne El Gigante w poszukiwaniu kolb, ziaren lub czegokolwiek innego, co mogłoby dostarczyć materiału genetycznego, a zespół rozpoczął prace nad sekwencjonowaniem niektórych z 4300-letnich próbek kukurydzy na stanowisku — najstarszych śladów uprawy w El Gigante.
W ciągu dwóch lat zespół próbował zsekwencjonować 30 próbek, ale tylko trzy miały odpowiednią jakość do zsekwencjonowania pełnego genomu. Wszystkie trzy żywotne próbki pochodziły z nowszej warstwy zajmowanej przez schronisko skalne – węgla datowanego na 2300–1900 lat temu.
Dzięki trzem zsekwencjonowanym genomom kukurydzy z El Gigante naukowcy przeanalizowali je w zestawieniu z panelem 121 opublikowanych genomów różnych odmian kukurydzy, w tym 12 pochodzących ze starożytnych kolb i nasion kukurydzy. Porównanie ujawniło fragmenty nakładania się genetycznego między trzema próbkami ze schroniska skalnego w Hondurasie i odmianami kukurydzy z Ameryki Południowej.
„Genetyczny związek z Ameryką Południową był subtelny, ale spójny” – powiedział Kistler. „Powtórzyliśmy analizę wiele razy, stosując różne metody i składy próbek, ale wciąż uzyskiwaliśmy ten sam wynik”.
Kistler, Kennett i ich współautorzy ze współpracujących instytucji, w tym Texas A&M University, Pennsylvania State University oraz Francis Crick Institute i University of Warwick w Wielkiej Brytanii, stawiają hipotezę, że ponowne wprowadzenie tych południowoamerykańskich odmian do Ameryki Środkowej może zapoczątkowały rozwój bardziej wydajnych odmian hybrydowych w regionie.
Chociaż wyniki obejmują tylko próbki kukurydzy El Gigante datowane na około 2000 lat temu, Kistler powiedział, że kształt i struktura kolb z mniej więcej 4000-letniej warstwy sugeruje, że były one prawie tak wydajne, jak te, które on i jego współautorzy byli w stanie sekwencjonować. Dla Kistlera oznacza to, że przebojowa poprawa plonów prawdopodobnie miała miejsce przed, a nie w ciągu 2000 lat oddzielających te warstwy archeologiczne w El Gigante. Zespół stawia dalej hipotezę, że to wprowadzenie południowoamerykańskich odmian kukurydzy i ich genów, prawdopodobnie co najmniej 4300 lat temu, mogło zwiększyć produktywność kukurydzy w regionie i rozpowszechnienie kukurydzy w diecie ludzi, którzy żyli. w szerszym regionie, jak odkryto w niedawnym badaniu prowadzonym przez Kennetta.
„Zaczynamy dostrzegać zbieżność danych z wielu badań w Ameryce Środkowej, wskazujących, że kukurydza stała się bardziej produktywną podstawową rośliną uprawną o rosnącym znaczeniu żywieniowym między 4700 a 4000 lat temu” – powiedział Kennett.
W połączeniu z ostatnimi badaniami Kennetta, te ostatnie odkrycia sugerują, że coś doniosłego mogło mieć miejsce w udomowieniu kukurydzy około 4000 lat temu w Ameryce Środkowej i że zastrzyk różnorodności genetycznej z Ameryki Południowej mógł mieć z tym coś wspólnego. Proponowany czas jest również zgodny z pojawieniem się pierwszych osiadłych społeczności rolniczych w Mezoameryce, które ostatecznie dały początek wielkim cywilizacjom w obu Amerykach, Olmeków, Majów, Teotihuacan i Azteków, chociaż Kistler pospiesznie zwrócił uwagę, że ten pomysł jest nadal zdegradowany do spekulacje.
„Nie możemy się doczekać, aby zagłębić się w szczegóły tego, co dokładnie wydarzyło się około 4000 lat”, powiedział Kistler. „Istnieje tak wiele archeologicznych próbek kukurydzy, które nie zostały przeanalizowane genetycznie. Gdybyśmy zaczęli testować więcej takich próbek, moglibyśmy zacząć odpowiadać na te niekończące się pytania o to, jak ważne było ponowne wprowadzenie odmian południowoamerykańskich”.
Odniesienie:„Archeologiczne genomy kukurydzy z Ameryki Środkowej sugerują starożytny przepływ genów z Ameryki Południowej” Logan Kistler, Heather B. Thakar, Amber M. VanDerwarker, Alejandra Domic, Anders Bergström, Richard J. George, Thomas K. Harper, Robin G. Allaby , Kenneth Hirth i Douglas J. Kennett, 14 grudnia 2020 r., Sprawozdania Narodowej Akademii Nauk .
DOI:10.1073/pnas.2015560117
Finansowanie i wsparcie dla tych badań zapewniły Smithsonian, National Science Foundation, Pennsylvania State University oraz Francis Crick Institute.
