Το καλαμπόκι, μια καλλιέργεια που καλλιεργείται σε κάθε ήπειρο εκτός από την Ανταρκτική, μοιάζει πολύ λίγο με τον πρόγονο της, ένα άγριο χορτάρι με σκληρούς πυρήνες που μεγαλώνει σήμερα στο νοτιοδυτικό Μεξικό και ονομάζεται teosinte.
Οι βοτανολόγοι έχουν συζητήσει για σχεδόν έναν αιώνα πάνω από την προέλευση του καλαμποκιού, πιστεύοντας σε ένα σημείο ότι το σύγχρονο φυτό καταγόταν από έναν εξαφανισμένο άγριο αραβόσιτο ή κάτι που δεν έχει ανακαλυφθεί ακόμα. Ωστόσο, οι γενετιστές, τελικά, αποφάσισαν το 1990 ότι το καλαμπόκι σχετίζεται με τα σκληροπυρηνικά teosinte και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το παχουλό, ζουμερό φυτό που γνωρίζουμε σήμερα είναι η εξημερωμένη μορφή του άγριου χόρτου. Πριν από 10.000 και 13.000 χρόνια, οι επιστήμονες υποστήριζαν ότι οι αγρότες είχαν επιλέξει και φυτεύτηκαν τους σπόρους με ευνοϊκά χαρακτηριστικά και με την πάροδο του χρόνου μεταμορφώθηκε το εργοστάσιο.
Αλλά σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε την περασμένη εβδομάδα στο περιοδικό Quaternary International, ο ερευνητής του Smithsonian Dolores Piperno, ένας αρχαιοβοτιανός που εργάστηκε στον σταθμό πεδίου του Ινστιτούτου Tropical Research Smithsonian στο Gamboa του Παναμά, μοιράστηκε μια νέα υπόθεση "χρονομηχανής". Σύμφωνα με προηγούμενες περιβαλλοντικές συνθήκες, αυτή και οι συνάδελφοί της λένε ότι το teosinte φαινόταν πολύ διαφορετικό από αυτό που κάνει σήμερα και μοιάζει περισσότερο με το σύγχρονο καλαμπόκι απ 'ό, τι συμβαίνει τώρα. Αυτό μπορεί να ρίξει φως στο γιατί οι πρώτοι αγρότες επέλεξαν να το καλλιεργήσουν.
Σύμφωνα με προηγούμενες περιβαλλοντικές συνθήκες, ο Piperno (που φέρει το μοντέρνο teosinte) και οι συνάδελφοί της λένε ότι ο πρόγονος του φυτού Pleistocene της εποχής έμοιαζε πολύ διαφορετικός από αυτόν που κάνει σήμερα και μοιάζει περισσότερο με τον σύγχρονο καλαμπόκι. (Matthew Lachniet) «Γνωρίζουμε ότι πριν από 10.000 και 13.000 χρόνια», λέει ο Piperno, «όταν οι κυνηγοί άρχισαν να εκμεταλλεύονται τους άγριους προγόνους των σημερινών καλλιεργειών και όταν οι πρώτοι αγρότες αρχίζουν να καλλιεργούν τις καλλιέργειες, η θερμοκρασία και το ατμοσφαιρικό CO2 ήταν πολύ διαφορετικές. "
Ο Piperno συνεργάστηκε με τον Klaus Winter, ο οποίος σχεδίασε ένα θερμοκήπιο με γυάλινο θάλαμο - τη μηχανή του χρόνου που διατηρήθηκε με χαμηλότερα επίπεδα CO2 και διατηρήθηκε σε χαμηλότερες θερμοκρασίες παρόμοιες με εκείνες της περαστικής περιόδου του Πλειστοκένιου και των πρώιμων Holocene. Για λόγους ελέγχου, ένα άλλο θερμοκήπιο που μίλησε για το σημερινό περιβάλλον παρασκευάστηκε κοντά. Η Piperno και οι συνεργάτες της έβαλαν στη συνέχεια teosinte και στους δύο θαλάμους.
Ήταν κατά τη μελέτη της ιστορίας των απολιθωμάτων του καλαμποκιού και των προηγούμενων περιβαλλοντικών συνθηκών που ο Piperno άρχισε να αναρωτιέται τι θα έμοιαζαν οι πρόγονοι του φυτού κατά το τέλος του Pleistocene και το πρώιμο Holocene, όταν συλλέχθηκαν και καλλιεργήθηκαν για πρώτη φορά. Τότε, η θερμοκρασία ήταν 3, 5 έως 5, 4 βαθμούς πιο δροσερή από ό, τι σήμερα, και το ατμοσφαιρικό CO2 κινήθηκε σε επίπεδα γύρω στα 260 μέρη ανά εκατομμύριο. Αργότερα, κατά τη διάρκεια της Βιομηχανικής Επανάστασης, το CO2 θα ανέλθει στα σημερινά 405 μέρη ανά δισεκατομμύριο, το επίπεδο στο οποίο αυξάνεται τώρα το ψηλό, με διακλάδωση φυτό teosinte.
Το φυτό φαινοτύπου τύπου αραβοσίτου από τον θάλαμο "χρονικής μηχανής" (Α) έχει μία μόνο φούντα που τερματίζει τον κύριο στέλεχος και τα θηλυκά αυτιά εμφανίζονται κατά μήκος του κύριου στελέχους (βέλη). Το ένθετο στην πάνω δεξιά πλευρά είναι ένα κοντινό πλάνο ενός από τα θηλυκά αυτιά. Τα σύγχρονα teosinte που αναπτύσσονται στο θάλαμο ελέγχου (Β) έχουν πολλά μακρά, πρωτογενή πλευρικά κλαδιά (παράδειγμα, άνω λευκό βέλος) που τερματίζονται από φούντες (μαύρο βέλος). Ανεπτυγμένα θηλυκά αυτιά μπορούν να φανούν στα δευτερεύοντα πλευρικά κλαδιά (λευκά βέλη). (Irene Holst, STRI) Ο Piperno ενδιαφέρεται για μελέτες που εξετάζουν πώς οι μελλοντικές αυξήσεις CO2 και θερμοκρασίας θα μπορούσαν να προκαλέσουν κάτι που ονομάζεται "φαινοτυπική πλαστικότητα", ή αλλαγές στις εμφανίσεις στο εργοστάσιο ως απάντηση στο περιβάλλον του. Η φαινοτυπική πλαστικότητα μπορεί να προκαλέσει δύο γενετικά ταυτόσημους οργανισμούς να φαίνονται διαφορετικοί εάν καλλιεργούνται σε ξεχωριστές συνθήκες.
Στη "μηχανή του χρόνου", ο Piperno και ο Klaus ήταν περίεργοι να διαπιστώσουν ότι τα φυτά teosinte μεγάλωναν περισσότερο με το καλαμπόκι που καλλιεργούμε και τρώμε σήμερα. Ενώ το σημερινό teosinte έχει πολυάριθμα κλαδιά με αυτιά που καλλιεργούνται σε δευτερεύοντα κλαδιά, τα φυτά του θερμοκηπίου είχαν ένα μόνο κύριο στέλεχος με μια ενιαία φούντα, καθώς και αρκετά βραχέα κλαδιά με αυτιά. Και οι σπόροι ήταν διαφορετικοί: σε αντίθεση με τους άγριους σπόρους τεϊσίντ που ωρίμαζαν διαδοχικά, όλοι οι σπόροι στα πειραματικά φυτά ωρίμαζαν όλα ταυτόχρονα, όμοια με τους πυρήνες καλαμποκιού ή τους σπόρους. Οι σημερινοί σπόροι τεοσίτη περικλείονται σε σφιχτά φυτικά βλαστάρια, αλλά η χρονομηχανή παρήγαγε φυτά με πυρήνες σπόρων που εκτέθηκαν.
Σύμφωνα με το Piperno, λιγότερα κλαδιά, μαζί με τους εύκολα ορατούς σπόρους, θα έχουν κάνει το teosinte ευκολότερη καλλιέργεια για συγκομιδή. Αυτά τα χαρακτηριστικά - που προηγουμένως θεωρούνταν ότι έχουν προέλθει από την ανθρώπινη επιλογή και εξημέρωση - θα μπορούσαν να έχουν ωθηθεί μέσω περιβαλλοντικών αλλαγών που προκάλεσαν φαινοτυπική πλαστικότητα.
Μέσα στο θάλαμο της μηχανής του χρόνου, το teosinte αναπτύχθηκε σε συνθήκες που ίσως είχε συναντήσει πριν από 10.000 χρόνια. (Irene Holst, STRI) Φαίνεται ότι το περιβάλλον διαδραμάτισε έναν "σημαντικό, αν και σοβαρότατο" ρόλο στην εστίαση στο teosinte για καλλιέργεια, λέει ο Piperno. Τα χαρακτηριστικά που μοιάζουν με αραβόσιτο "έδωσαν στους πρώτους αγρότες ένα ξεκίνημα."
Ο Daniel Sandweiss, καθηγητής Ανθρωπολογίας και Τεταρτημορίων και Κλιματικών Μελετών στο Πανεπιστήμιο του Maine, διεξήγαγε διεξοδική έρευνα για τις πρώιμες κλιματικές αλλαγές στη Λατινική Αμερική. Κάλεσε το πείραμα του Piperno "πρωτοποριακό" και είπε ότι πίστευε ότι θα γίνει "πρότυπο για μια ολόκληρη σειρά μελετών".
Ο κ. Klaus και η ομάδα τους ενδιαφέρθηκαν επίσης να δουν πώς μια έντονη αύξηση της θερμοκρασίας και του CO2 που παρατηρήθηκε μεταξύ της όψιμης περιόδου του Πλειστόκαιου και του Ολοκενίου ίσως επηρέασε την παραγωγικότητα των φυτών και θα μπορούσε να εξηγήσει έναν πιθανό λόγο για τον οποίο άρχισε η γεωργία εκείνη την εποχή ΟΧΙ πριν.
Κατά τη διάρκεια του Πλειστοκένιου, τα επίπεδα του ατμοσφαιρικού CO2 ήταν ακόμη χαμηλότερα από ό, τι κατά το Holocene-τουλάχιστον κατά το ένα τρίτο - και η θερμοκρασία ήταν 5 έως 7 βαθμούς πιο δροσερή. Τα ποσοστά και οι θερμοκρασίες του πλειστοκαινικού χρόνου ήταν περιοριστικοί παράγοντες στην ανάπτυξη των φυτών, κατέληξε ο Piperno, ο οποίος είχε δει προηγούμενες έρευνες που υποδηλώνουν ότι τα αναπτυσσόμενα φυτά σε περιβάλλον με χαμηλή θερμοκρασία χαμηλού C02 ανέστειλαν τη φωτοσύνθεση και μειώθηκαν την απόδοση των σπόρων.
Ο άγριος πρόγονος του αραβοσίτου, το teosinte, φαίνεται να αναπτύσσεται κάτω από το μοντέρνο (θάλαμο στα αριστερά) και κάτω από το παρελθόν (θάλαμο στα δεξιά) κλιματολογικές συνθήκες. Smithsonian επιστήμονες Dolores Piperno (δεξιά) με την Irene Holst. (Sean Mattson) Τα ίδια τα αποτελέσματα του Piperno συνέβαλαν σε προηγούμενες μελέτες. το teosinte σχημάτισε επίσης περισσότερους σπόρους στο θάλαμο με θερμότερη θερμοκρασία και αυξημένο C02. Αυτό το φαινόμενο ίσως κατέστησε τη γεωργία, για πρώτη φορά, μια βιώσιμη πρακτική για την τροφοδότηση των οικογενειών. Η αυξημένη παραγωγικότητα του εργοστασίου, λέει ο Piperno, έκανε τη γεωργία "μια καλή προσαρμοστική στρατηγική".
"Τα αποτελέσματα είναι εκπληκτικά", λέει ο Sandweiss, ο οποίος σημείωσε ότι η εμφάνιση του teosinte είχε προκαλέσει πολλούς επιστήμονες. Αφού είδε τι teosinte έμοιαζε με τις συνθήκες ανάπτυξης Plistocene, η σχέση του με το καλαμπόκι άρχισε να "κάνει πολύ πιο νόημα".
Το πείραμα του Piperno θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει τους επιστήμονες και τους αρχαιολόγους να κατανοήσουν τη διαδικασία και το χρονοδιάγραμμα της εξημέρωσης των καλλιεργειών σε όλο τον κόσμο, σημείωσε ο Sandweiss. Το σιτάρι, το κριθάρι και το ρύζι θα μπορούσαν επίσης να έχουν παρουσιάσει φαινοτυπικές αλλαγές και αυξημένη παραγωγικότητα στα τέλη του Πλειστόκαιου και στις πρώιμες εποχές του Ολοκενίου. Η ανίχνευση αυτής της διαδικασίας μπορεί να εξηγήσει, "όπως φαίνεται με το καλαμπόκι, γιατί οι άνθρωποι επέλεξαν αυτά τα συγκεκριμένα είδη και όχι άλλους και γιατί η διαδικασία της εξημέρωσης πραγματοποιήθηκε όταν το έκαναν".
Η Piperno σχεδιάζει να συνεχίσει την έρευνά της, διεξάγοντας μελέτες τεχνητής επιλογής, καλλιεργώντας αρκετές γενιές φυτών για να παρατηρήσουν την κληρονομικότητα των επαγόμενων φαινοτύπων τύπου αραβοσίτου. Λέει ότι η φαινοτυπική πλαστικότητα γίνεται ένα σημαντικό μέρος αυτού που οι επιστήμονες αποκαλούν "η νέα σύγχρονη σύνθεση" - διευρύνοντας τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες βλέπουν την επίδραση του περιβάλλοντος στην εξελικτική αλλαγή.
"Έχουμε ουσιαστικά ανοίξει ένα παράθυρο", λέει ο Piperno.
