Tre ungefär 2 000 år gamla majskolvar från El Gigante bergskydd i Honduras. Dessa majskolvar analyserades genetiskt av ett internationellt team av forskare. I numret av den 14 december av tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences rapporterar Logan Kistler, curator för arkeogenomik och arkeobotanik vid Smithsonians National Museum of Natural History, och ett internationellt team av samarbetspartners de fullständigt sekvenserade genomen av tre ungefär 2 000 -åriga kolvar från El Gigante bergskydd i Honduras. Analys av de tre genomen avslöjar att dessa årtusenden gamla sorter av centralamerikansk majs hade sydamerikanska anor och lägger till ett nytt kapitel i en framväxande komplex historia om majsens domesticeringshistoria. Tillsammans med färska studier om domesticering av majs i denna region tyder dessa senaste fynd på att något betydelsefullt kan ha inträffat i domesticeringen av majs för cirka 4 000 år sedan i Centralamerika, och att en injektion av genetisk mångfald från Sydamerika kan ha haft något att göra med det. Kredit:Thomas Harper
Tre 2 000 år gamla kolvar i Honduras visar att människor tog med sig majssorter tillbaka till Mesoamerika, vilket möjligen satte igång produktiviteten och formade civilisationen.
För cirka 9 000 år sedan fanns inte majs som den kallas idag. Forntida folk i sydvästra Mexiko mötte ett vilt gräs som heter teosinte som erbjöd öron som var mindre än ett pinky finger med bara en handfull steniga kärnor. Men genom genialitet eller nödvändighet såg dessa inhemska odlare potentialen i spannmålen, lade den till sina dieter och satte den på väg att bli en domesticerad gröda som nu föder miljarder.
Trots hur viktig majs, eller majs, är för det moderna livet, kvarstår hål i förståelsen av dess resa genom rum och tid. Nu har ett team som leds av Smithsonian-forskare använt forntida DNA för att fylla ut några av dessa luckor.
En ny studie, som avslöjar detaljer om majs 9 000-åriga historia, är ett utmärkt exempel på hur grundforskning om forntida DNA kan ge insikter i mänsklig historia som annars skulle vara otillgänglig, säger medförfattaren Logan Kistler, curator of archaeogenomics och arkeobotanik vid Smithsonians National Museum of Natural History.
"Tomning - utvecklingen av vilda växter under tusentals år till de grödor som matar oss idag - är utan tvekan den viktigaste processen i mänsklighetens historia, och majs är en av de viktigaste grödorna som för närvarande odlas på planeten," sa Kistler. "Att förstå mer om det evolutionära och kulturella sammanhanget för domesticering kan ge oss värdefull information om denna mat som vi litar så fullständigt på och dess roll i att forma civilisationen som vi känner den."
Ett sortiment av majskolvar i olika åldrar som hittats på El Gigante bergskyddsplats i Honduras. Kredit:Thomas Harper
I numret av den 14 december 2020 av tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences , Kistler och ett internationellt team av samarbetspartners rapporterar de fullständigt sekvenserade genomen av tre ungefär 2 000 år gamla kobbar från El Gigante bergsskydd i Honduras. Analys av de tre genomen avslöjar att dessa årtusenden gamla sorter av centralamerikansk majs hade sydamerikanska anor och lägger till ett nytt kapitel i en framväxande komplex historia om majs domesticeringshistoria.
"Vi visar att människor bar majs från Sydamerika tillbaka mot domesticeringscentret i Mexiko," sa Kistler. "Detta skulle ha gett en infusion av genetisk mångfald som kan ha ökat motståndskraft eller ökad produktivitet. Det understryker också att processen med domesticering och förbättring av skörden inte bara går i en rak linje."
Människor började först selektivt föda upp majs vilda förfader teosinte för omkring 9 000 år sedan i Mexiko, men delvis domesticerade sorter av grödan nådde inte resten av Central- och Sydamerika på ytterligare 1 500 respektive 2 000 år.
I många år hade det konventionella tänkandet bland forskare varit att majs först var helt domesticerad i Mexiko och sedan spreds någon annanstans. Men efter att 5 000 år gamla kolvar som hittades i Mexiko visade sig vara endast delvis domesticerade, började forskare ompröva om detta tänkande fångade hela historien om majs domesticering.
Sedan, i en landmärke 2018 studie ledd av Kistler, använde forskare gammalt DNA för att visa att medan teosintes första steg mot domesticering skedde i Mexiko, hade processen ännu inte avslutats när människor först började bära den söderut till Central- och Sydamerika. I var och en av dessa tre regioner gick processen med domesticering och grödaförbättring parallellt men med olika hastigheter.
Ett sortiment av majskolvar i olika åldrar som hittats på El Gigante bergskyddsplats i Honduras. Efter att forskare först upptäckte resterna av en helt domesticerad och mycket produktiv sort av 4 300 år gammal majs vid El Gigante bergsskydd, sökte ett team de arkeologiska skikten runt platsen efter andra kolvar, kärnor eller något annat som kunde ge genetiskt material . De började också arbeta för att sekvensera några av webbplatsens 4 300 år gamla majsprover – de äldsta spåren av grödan vid El Gigante. Under två år försökte teamet sekvensera 30 prover, men endast tre var av lämplig kvalitet för att sekvensera ett fullständigt genom. De tre livskraftiga proverna kom alla från det nyare lagret av bergskyddets ockupation - kol daterat mellan 2 300 och 1 900 år sedan - och avslöjar genetisk överlappning mellan de tre proverna från det honduranska bergskyddet och majssorter från Sydamerika. I numret av den 14 december av tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences rapporterar Logan Kistler, curator för arkeogenomik och arkeobotanik vid Smithsonians National Museum of Natural History, och ett internationellt team av samarbetspartners de fullständigt sekvenserade genomen av tre ungefär 2 000 -åriga kolvar från El Gigante bergskydd i Honduras. Analys av de tre genomen avslöjar att dessa årtusenden gamla sorter av centralamerikansk majs hade sydamerikanska anor och lägger till ett nytt kapitel i en framväxande komplex historia om majsens domesticeringshistoria. Kredit:Thomas Harper
I ett tidigare försök att finslipa detaljerna i denna rikare och mer komplexa domesticeringshistoria, fann ett team av forskare inklusive Kistler att 4 300 år gamla majsrester från den centralamerikanska bergsskyddsplatsen El Gigante hade kommit från en helt domesticerad och mycket produktiv sort.
Förvånad över att hitta helt domesticerad majs vid El Gigante samexistera i en region inte långt från där delvis domesticerad majs hade upptäckts i Mexiko, gick Kistler och projektledaren Douglas Kennett, en antropolog vid University of California, Santa Barbara, ihop för att genetiskt avgöra var El Gigante majs har sitt ursprung.
"El Gigante bergskydd är anmärkningsvärt eftersom det innehåller välbevarade växtrester som spänner över de senaste 11 000 åren," sa Kennett. "Över 10 000 majsrester, från hela kolvar till fragmentariska stjälkar och löv, har identifierats. Många av dessa lämningar dateras sent i tiden, men genom en omfattande radiokolstudie kunde vi identifiera några lämningar som daterades till så tidigt som för 4 300 år sedan.”
De sökte igenom de arkeologiska skikten som omger bergskyddet El Gigante efter kolvar, kärnor eller något annat som kan ge genetiskt material, och teamet började arbeta för att sekvensera några av platsens 4 300 år gamla majsprover - de äldsta spåren av grödan kl. El Gigante.
Under två år försökte teamet sekvensera 30 prover, men endast tre var av lämplig kvalitet för att sekvensera ett fullständigt genom. De tre livskraftiga proverna kom alla från det nyare lagret av bergskyddets ockupation - kol daterat mellan 2 300 och 1 900 år sedan.
Med de tre sekvenserade genomen av majs från El Gigante analyserade forskarna dem mot en panel av 121 publicerade genom av olika majssorter, inklusive 12 härrörande från forntida majskolvar och frön. Jämförelsen avslöjade bitar av genetisk överlappning mellan de tre proverna från Honduras bergskydd och majssorter från Sydamerika.
"Den genetiska kopplingen till Sydamerika var subtil men konsekvent," sa Kistler. "Vi upprepade analysen många gånger med olika metoder och provsammansättningar men fick hela tiden samma resultat."
Kistler, Kennett och deras medförfattare vid samverkande institutioner, inklusive Texas A&M University, Pennsylvania State University samt Francis Crick Institute och University of Warwick i Storbritannien, antar att återinförandet av dessa sydamerikanska sorter till Centralamerika kan har dragit igång utvecklingen av mer produktiva hybridsorter i regionen.
Även om resultaten bara täcker El Gigante majsprover som daterades till cirka 2 000 år sedan, sa Kistler att formen och strukturen på kolvarna från det ungefär 4 000 år gamla lagret antyder att de var nästan lika produktiva som de han och hans medförfattare var. kunna sekvensera. För Kistler betyder detta att den storslagna grödans förbättring troligen inträffade innan snarare än under de mellanliggande 2 000 åren eller så som skiljer dessa arkeologiska lager vid El Gigante. Teamet antar vidare att det var introduktionen av de sydamerikanska sorterna av majs och deras gener, troligen för minst 4 300 år sedan, som kan ha ökat produktiviteten hos regionens majs och förekomsten av majs i kosten för de människor som levde i den bredare regionen, vilket upptäcktes i en nyligen genomförd studie ledd av Kennett.
"Vi börjar se ett sammanflöde av data från flera studier i Centralamerika som tyder på att majs höll på att bli en mer produktiv basgröda av ökande kostvikt för mellan 4 700 och 4 000 år sedan", sa Kennett.
Tillsammans med Kennetts senaste studie tyder dessa senaste fynd på att något betydelsefullt kan ha inträffat i domesticeringen av majs för cirka 4 000 år sedan i Centralamerika, och att en injektion av genetisk mångfald från Sydamerika kan ha haft något att göra med det. Denna föreslagna tidpunkt stämmer också överens med utseendet på de första bosatta jordbrukssamhällena i Mesoamerika som i slutändan gav upphov till stora civilisationer i Amerika, Olmec, Maya, Teotihuacan och Aztec, även om Kistler skyndade sig att påpeka att denna idé fortfarande är förvisad till spekulationer.
"Vi kan inte vänta med att gräva i detaljerna om vad som exakt hände runt 4 000-årsgränsen," sa Kistler. "Det finns så många arkeologiska prover av majs som inte har analyserats genetiskt. Om vi började testa fler av dessa prover skulle vi kunna börja svara på dessa kvardröjande frågor om hur viktig denna återintroduktion av sydamerikanska sorter var.”
Referens:"Archaeological Central American maize genomes suggest ancient genflow from South America" av Logan Kistler, Heather B. Thakar, Amber M. VanDerwarker, Alejandra Domic, Anders Bergström, Richard J. George, Thomas K. Harper, Robin G. Allaby , Kenneth Hirth och Douglas J. Kennett, 14 december 2020, Proceedings of the National Academy of Sciences .
DOI:10.1073/pnas.2015560117
Finansiering och stöd för denna forskning gavs av Smithsonian, National Science Foundation, Pennsylvania State University och Francis Crick Institute.
