Древняя ДНК продолжает переписывать 9000-летнюю историю кукурузы, сформировавшую общество
Около 9000 лет назад современной кукурузы не существовало. Древние народы на юго-западе Мексики встретили дикую траву теосинте с початками меньше мизинца и горстью твёрдых зёрен. Но благодаря гениальному озарению или необходимости эти земледельцы увидели в зерне потенциал, добавили его в рацион и запустили процесс одомашнивания, в результате которого появилась культура, кормящая сегодня миллиарды.
Несмотря на важность кукурузы (маиса) для современной жизни, в понимании её пути во времени и пространстве остаются пробелы. Международная команда во главе с исследователями Смитсоновского института использовала древнюю ДНК, чтобы заполнить некоторые из них.
Новое исследование, раскрывающее детали 9000-летней истории маиса, — наглядный пример того, как фундаментальные исследования древней ДНК могут дать представление о человеческой истории, иначе недоступное, заявил соавтор Логан Кислер, куратор археогеномики и археоботаники Национального музея естественной истории.
Новые данные из Эль-Гиганте
В выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences от 14 декабря Кислер и его коллеги сообщают о полной расшифровке геномов трёх початков возрастом около 2000 лет из скального убежища Эль-Гиганте в Гондурасе.
Анализ этих трёх геномов показал, что у этих древних разновидностей кукурузы из Центральной Америки были предки из Южной Америки. Это добавляет новую главу в усложняющуюся историю одомашнивания кукурузы.
«Мы показываем, что люди переносили маис из Южной Америки обратно в центр доместикации в Мексику, — сказал Кислер. — Это обеспечило приток генетического разнообразия, который мог добавить устойчивости или повысить урожайность. Это также подчёркивает, что процесс одомашнивания и улучшения культур идёт не по прямой линии».
Сложный путь доместикации
Люди начали селекцию дикого предка кукурузы, теосинте, около 9000 лет назад в Мексике. Однако частично одомашненные разновидности достигли остальной части Центральной и Южной Америки только через 1500 и 2000 лет соответственно.
Ранее считалось, что кукуруза была полностью одомашнена в Мексике, а затем распространилась elsewhere. Однако после того, как 5000-летние початки из Мексики оказались лишь частично одомашненными, учёные начали пересматривать эту точку зрения.
В ключевом исследовании 2018 года под руководством Кислера с помощью древней ДНК было показано, что, хотя первые шаги к одомашниванию теосинте произошли в Мексике, процесс ещё не был завершён, когда люди начали переносить его на юг. В каждом из трёх регионов доместикация и улучшение культуры шли параллельно, но с разной скоростью.
Генетическая связь с Южной Америкой
В более ранней работе учёные, включая Кислера, обнаружили, что 4300-летние остатки кукурузы из Эль-Гиганте принадлежали полностью одомашненной и высокопродуктивной разновидности.
Удивлённые находкой полностью одомашненной кукурузы в регионе недалеко от места обнаружения частично одомашненной в Мексике, Кислер и соавтор Дуглас Кеннетт из UCSB решили генетически определить происхождение кукурузы из Эль-Гиганте.
Из 30 попыток секвенировать древние образцы только три (возрастом 2300–1900 лет) оказались пригодны для полного анализа генома.
Исследователи сравнили их с 121 опубликованным геномом различных разновидностей кукурузы, включая 12 древних. Сравнение выявило фрагменты генетического сходства между тремя образцами из Гондураса и разновидностями кукурузы из Южной Америки.
«Генетическая связь с Южной Америкой была тонкой, но последовательной, — сказал Кислер. — Мы повторяли анализ много раз, используя разные методы, но постоянно получали тот же результат».
Гипотеза «перезапуска»
Авторы предполагают, что повторное введение этих южноамериканских разновидностей в Центральную Америку могло «перезапустить» развитие более продуктивных гибридных сортов в регионе.
Хотя результаты охватывают образцы возрастом около 2000 лет, форма и структура початков из слоя возрастом около 4000 лет указывают на их почти такую же продуктивность. По мнению Кислера, это означает, что ключевое улучшение культуры, вероятно, произошло до, а не в течение 2000 лет, разделяющих эти слои.
Команда выдвигает гипотезу, что именно введение южноамериканских разновидностей и их генов, вероятно, не менее 4300 лет назад, могло повысить продуктивность местной кукурузы и её роль в рационе населения, как показало недавнее исследование Кеннетта.
«Мы начинаем видеть совпадение данных из нескольких исследований в Центральной Америке, указывающее на то, что маис становился более продуктивной основной культурой, приобретавшей всё большее пищевое значение между 4700 и 4000 лет назад», — сказал Кеннетт.
Связь с возникновением цивилизаций
Вместе с недавним исследованием Кеннетта новые данные позволяют предположить, что около 4000 лет назад в Центральной Америке произошло нечто важное в процессе одомашнивания кукурузы, и приток генетического разнообразия из Южной Америки мог сыграть в этом роль.
Это предполагаемое время также совпадает с появлением первых оседлых земледельческих общин в Мезоамерике, которые в конечном итоге породили великие цивилизации Америки — ольмеков, майя, Теотиуакана и ацтеков, хотя Кислер поспешил отметить, что эта идея пока остаётся спекулятивной.
«Мы не можем дождаться, чтобы углубиться в детали того, что именно произошло около 4000-летней отметки, — сказал Кислер. — Существует так много археологических образцов кукурузы, которые ещё не были проанализированы генетически. Если мы начнём тестировать больше таких образцов, мы сможем начать отвечать на эти вопросы о том, насколько важным было это повторное введение южноамериканских разновидностей».