Porumbul, o cultură cultivată pe fiecare continent, cu excepția Antarcticii, arată foarte puțin cu strămoșul său, o iarbă sălbatică cu sâmburi tari care crește astăzi în sud-vestul Mexicului și se numește teosinte.
Botaniștii au dezbătut aproape un secol asupra originii porumbului, crezând la un moment dat că planta modernă a fost descendentă dintr-un porumb sălbatic dispărut sau ceva încă nedescoperit. Cu toate acestea, geneticii au determinat, în cele din urmă, în 1990 că porumbul era legat de teosinte cu sâmburi tari și au ajuns la concluzia că planta plină, suculentă pe care o cunoaștem astăzi, este forma domesticită a ierbii sălbatice. Între 10.000 și 13.000 de ani în urmă, oamenii de știință au motivat, fermierii au selectat și plantat semințele cu trăsături favorabile și în timp planta a fost transformată.
Dar într-un studiu publicat săptămâna trecută în revista Quaternary International, cercetătorul Smithsonian, Dolores Piperno, arheobotanist care lucrează la stația de teren a Smithsonian Tropical Research Institute din Gamboa, Panama, a împărtășit o nouă ipoteză „mașină a timpului”. În condițiile de mediu din trecut, spun ei și colegii ei, teosinte arăta mult mai diferit decât în prezent și seamănă mai mult cu porumbul actual decât în prezent. Acest lucru ar putea arunca lumină asupra motivului pentru care fermierii timpurii au ales să-l cultive.
În condițiile de mediu din trecut, Piperno (purtând teosinte moderne) și colegii ei spun că strămoșul epocii pleistocene a plantei arăta mult diferit decât în prezent și seamănă mai mult cu porumbul de astăzi. (Matthew Lachniet) „Știm că între 10.000 și 13.000 de ani în urmă”, spune Piperno, „atunci când vânătorii-culegători au început să exploateze strămoșii sălbatici ai culturilor [de azi] și când primii fermieri au început să cultive culturile, temperatura și CO2 atmosferic au fost foarte diferite. “
Piperno a lucrat cu Klaus Winter, care a proiectat o seră cu cameră de sticlă - mașina timpului - menținută cu niveluri de CO2 scăzute și menținută la temperaturi mai scăzute, care erau similare cu cele ale perioadei târzii ale Pleistocenului și ale perioadei timpurii a Holocenului. În scopuri de control, o altă seră care imita mediul de astăzi a fost reabilitată în apropiere. Piperno și colegii ei au plantat apoi teosinte în ambele camere.
În timp ce studiau istoria fosilelor porumbului și condițiile de mediu din trecut, Piperno a început să se întrebe cum ar fi putut arăta strămoșii plantei în perioada Pleistocenului târziu și a Holocenului timpuriu, când au fost recoltați și apoi cultivați. Pe atunci, temperatura era de 3, 5 până la 5, 4 grade mai rece decât în prezent, iar CO2 atmosferic a crescut la niveluri de aproximativ 260 de părți pe milion. Mai târziu, în timpul Revoluției industriale, CO2 ar crește până la 405 părți pe miliard de astăzi, nivelul în care crește acum planta de teosinte înaltă, ramificată.
Planta de fenotip asemănătoare cu porumbul din camera „mașinii timpului” (A) are un singur ciuc care încheie tulpina principală și urechile feminine apar de-a lungul tulpinii principale (săgeți). Insertul din dreapta sus este un close-up al uneia dintre urechile de sex feminin. Teosinte moderne cultivate în camera de control (B) au multe ramuri laterale lungi, primare (de exemplu, săgeata albă superioară) terminate de ciucuri (săgeată neagră). Urechile feminine nedezvoltate pot fi văzute pe ramurile laterale secundare (săgeți albe). (Irene Holst, STRI) Piperno a fost interesat de studii care examinează modul în care creșterea viitoare a CO2 și a temperaturii ar putea induce ceva numit „plasticitate fenotipică” sau modificări ale apariției în instalație ca răspuns la mediul său. Plasticitatea fenotipică poate determina două organisme identice genetic să arate diferit dacă sunt cultivate în condiții separate.
În „mașina timpului”, Piperno și Klaus au fost intrigați să constate că plantele de teosinte au crescut să semene mai strâns cu porumbul pe care îl cultivăm și mâncăm astăzi. În timp ce teosintea de astăzi are numeroase ramuri ciucite, cu urechi care cresc pe ramuri secundare, plantele de seră au avut o singură tulpină principală, acoperită de un singur ciuc, precum și mai multe ramuri scurte cu urechi. Și semințele au fost diferite, de asemenea, spre deosebire de semințele de teosinte sălbatice, care s-au maturizat secvențial, toate semințele din plantele experimentale s-au maturizat toate în același timp, similare cu sâmburele de porumb sau semințele. Semințele de teosinte de astăzi sunt închise în bracte vegetative strânse, dar mașinile de timp au produs plante cu sâmburi de semințe care au fost expuse.
Potrivit lui Piperno, mai puține ramuri, împreună cu semințele ușor vizibile, ar fi făcut din teosinte o recoltă mai ușoară. Aceste caracteristici - crezuse anterior că au provenit din selecția și domesticirea umană - ar fi putut fi stimulate prin schimbări de mediu care au indus plasticitatea fenotipică.
În interiorul camerei de mașini a timpului, teosintea a fost cultivată în condiții în care s-ar fi putut întâmpina acum 10.000 de ani. (Irene Holst, STRI) Piperno spune că mediul a jucat un rol „semnificativ, dacă serendipit”, în concentrarea pe teosinte pentru cultivare. Caracteristicile asemănătoare cu porumbul „le-au dat pe fermierii timpurii un început”.
Daniel Sandweiss, profesor de Antropologie și Studii Quaternare și Climatice la Universitatea din Maine, a efectuat ample cercetări privind schimbările climatice timpurii în America Latină. El a numit experimentul lui Piperno „revoluționar” și a spus că crede că „va deveni un model pentru o serie întreagă de studii”.
Piperno, Klaus și echipa lor au fost, de asemenea, interesați să vadă cum un nivel vizibil de temperatură și CO2 care a avut loc între epocile târzii ale Pleistocenului și Holocenului ar putea influența productivitatea plantelor și ar putea ajuta la explicarea unui posibil motiv pentru care agricultura a început în acea perioadă și nu inainte.
În timpul Pleistocenului, nivelurile de CO2 atmosferice au fost chiar mai scăzute decât în timpul Holocenului - cel puțin cu o treime - și temperatura a fost de 5 până la 7 grade mai rece. Nivelul de CO2 și temperaturile din epoca pleistocenului au fost factori limitanți pentru creșterea plantelor, a concluzionat Piperno, care a văzut cercetările anterioare care sugerează că plantele în creștere cu un nivel scăzut de CO2, cu temperaturi scăzute au inhibat fotosinteza și au redus randamentul semințelor.
Strămoșul sălbatic al porumbului, teosinte, se arată în creștere în condiții climatice moderne (cameră din stânga) și în trecut (cameră la dreapta). Oamenii de știință Smithsonian Dolores Piperno (dreapta) cu Irene Holst. (Sean Mattson) Rezultatele proprii ale lui Piperno au avut ecou în studiile anterioare; teosinte a format, de asemenea, mai multe semințe în cameră cu o temperatură mai caldă și creșterea C02. Acest fenomen a făcut probabil agricultura, pentru prima dată, o practică durabilă pentru a hrăni familiile. Productivitatea crescută a plantei, spune Piperno, a transformat agricultura într-o „strategie de adaptare bună”.
„Rezultatele sunt uimitoare”, spune Sandweiss, care a menționat că aspectul teosintei a avut oameni de știință îndelungate. După ce am văzut cum arăta teosinte în condițiile de creștere ale Pleistocenului, relația sa cu porumbul a început să „facă mult mai mult sens”.
Experiența Piperno ar putea ajuta, de asemenea, oamenii de știință și arheologii să înțeleagă procesul și calendarul domesticirii culturilor pe tot globul, a remarcat Sandweiss. Grâul, orzul și orezul ar fi putut experimenta, de asemenea, modificări fenotipice și o productivitate crescută în perioada târzie a plistocenului și în perioadele timpurii ale Holocenului. Urmărirea acestui proces ar putea explica, „după cum pare cu porumbul, de ce oamenii au ales acele specii particulare și nu altele, și de ce procesul de domesticire a avut loc atunci când s-a întâmplat”.
Piperno intenționează să-și continue cercetările efectuând studii de selecție artificială, cultivând mai multe generații de plante pentru a observa moștenirea fenotipurilor induse, de tip porumb. Ea spune că plasticitatea fenotipică devine o parte importantă a ceea ce oamenii de știință numesc „noua sinteză modernă” - lărgind modul în care oamenii de știință văd efectul mediului asupra schimbărilor evolutive.
„Practic am deschis o fereastră”, spune Piperno.
