Koruza, pridelek, ki se goji na vseh celinah, razen na Antarktiki, je zelo podobna svojemu predniku, divji travi s trdimi jedrci, ki danes raste v jugozahodni Mehiki in se imenuje teosinte.
Botaniki že skoraj stoletje razpravljajo o izvoru koruze, v enem trenutku pa verjamejo, da je bila sodobna rastlina izpuščena iz izumrle divje koruze ali nečesa še neodkritega. Genetiki pa so leta 1990 sčasoma ugotovili, da je koruza v sorodu s trdorodnim teosinteom in sklenili, da je debela, sočna rastlina, ki jo poznamo danes, udomačena oblika divje trave. Pred 10.000 in 13.000 leti so znanstveniki trdili, da so kmetje izbrali in posadili seme z ugodnimi lastnostmi in sčasoma se je rastlina preoblikovala.
Toda v študiji, ki je bila prejšnji teden objavljena v reviji Quaternary International, je Smithsonijska raziskovalka Dolores Piperno, arheobotanistka, ki deluje na poljski postaji Smithsonian Tropical Research Institute v Gamboi v Panami, delila novo hipotezo o "časovnem stroju". V preteklih okoljskih razmerah je, kot pravijo ona in njeni kolegi, teosinte izgledal precej drugače kot danes in je bolj spominjal na današnjo koruzo kot zdaj. To bi lahko osvetlilo, zakaj so se zgodnji kmetje odločili za gojenje.
V preteklih okoljskih razmerah so Piperno (ki nosi sodoben teosinte) in njeni sodelavci povedali, da je prednik rastline iz pleistocena izgledal precej drugače kot danes in je bolj spominjal na koruzo sodobnega časa. (Matthew Lachniet) "Vemo, da so bili pred 10.000 in 13.000 leti, " pravi Piperno, "ko so lovci nabirali prvič izkoriščanje divjih prednikov [današnjih] pridelkov in ko so prvi kmetje dejansko začeli gojiti pridelke, sta bili temperatura in atmosferski CO2 zelo različni. ”
Piperno je sodeloval s Klausom Winterjem, ki je zasnoval rastlinjak s steklenimi komori - časovni stroj -, ki je vzdrževal znižane ravni CO2 in ohranjal nižje temperature, podobne tistim v poznem pleistocenu in zgodnjem holocenskem obdobju. Zaradi nadzora je bil v bližini pripravljen drug rastlinjak, ki je oponašal današnje okolje. Piperno in njeni sodelavci so nato posadili teosinte v obe sobi.
Med proučevanjem fosilne zgodovine koruze in preteklimi okoljskimi razmerami se je Piperno začel spraševati, kako bi lahko izgledali predniki rastlin v pozno-pleistocenu in zgodnjem holocenu, ko so jih najprej pobrali in nato gojili. Takrat je bila temperatura za 3, 5 do 5, 4 stopinje hladnejša kot danes, atmosferski CO2 pa se je gibal na ravni okoli 260 delov na milijon. Kasneje, med industrijsko revolucijo, bi se CO2 dvignil na današnjih 405 delov na milijardo, raven, v kateri zdaj raste visoka, razvejana rastlina teosinte.
Obrat koruze v obliki fenotipa iz komore "A Machine" (A) ima eno samo rese, ki zaključuje glavno steblo in ženska ušesa se pojavijo vzdolž glavnega stebla (puščice). Vložek zgoraj desno je posnetek enega izmed ženskih ušes. Sodobni teosinte, gojen v nadzorni komori (B), ima številne dolge, primarne stranske veje (na primer zgornja bela puščica), ki jih zaključujejo rese (črna puščica). Nerazvita ženska ušesa lahko vidimo na sekundarnih stranskih vejah (bele puščice). (Irene Holst, STRI) Piperno so zanimale študije, ki so preučile, kako lahko prihodnje povišanje CO2 in temperature povzroči nekaj, kar imenujemo "fenotipska plastičnost" ali spremembe videza v rastlini kot odgovor na okolje. Fenotipska plastičnost lahko povzroči, da sta dva gensko enaka organizma videti drugače, če se gojita v ločenih pogojih.
V „časovnem stroju“ sta bila Piperno in Klaus zaintrigirana in ugotovila, da rastline teosinte rastejo bolj kot koruza, ki jo gojimo in jemo danes. Medtem ko ima današnji teosinte številne raztrgane veje z ušesi, ki rastejo na sekundarnih vejah, so imele rastlinjake v rastlinjakih eno samo glavno steblo, na katerem je vrh ene same rese, in več kratkih vej z ušesi. Tudi semena so bila različna: za razliko od semen divjih teosinte, ki so dozorevali zaporedno, so vsa semena v poskusnih rastlinah dozorela vse hkrati, podobno kot koruzna jedrca ali semena. Današnja semena teosinte so zaprta v tesne vegetativne brakteje, vendar so časovno stroji izdelovali rastline s semenskimi jedrci, ki so bili izpostavljeni.
Po Pipernovih besedah bi manj vej, skupaj z lahko vidnimi semeni, teosinte omogočilo lažji pridelek. Te lastnosti - za katere se je prej mislilo, da izvirajo iz človekove izbire in udomačevanja - so bile morda spodbudile spremembe okolja, ki so povzročile fenotipsko plastičnost.
Znotraj časovne komore je bil teosinte gojen v pogojih, s katerimi se je morda srečal pred 10.000 leti. (Irene Holst, STRI) Videti je, da je okolje igralo "pomembno, če nepomembno" vlogo pri osredotočanju na teosinte za gojenje, pravi Piperno. Značilnosti koruze, ki so "kmalu začele kmetje".
Daniel Sandweiss, profesor antropologije ter kvartarnih in podnebnih študij na univerzi Maine, je izvedel obsežne raziskave o zgodnjih podnebnih spremembah v Latinski Ameriki. Pipernov eksperiment je poimenoval "prelomni" in dejal, da verjame, da bo "postal model za celo vrsto študij."
Piperno, Klaus in njihova ekipa so bili prav tako zainteresirani, da vidijo, kako lahko opazen skok temperature in CO2, ki je nastal med poznim pleistocenskim in holocenskim obdobjem, vpliva na produktivnost rastlin in bi lahko pomagal razložiti možen razlog, zakaj se je v tem času začelo kmetijstvo in ne prej.
V času pleistocena so bile atmosferske ravni CO2 celo nižje, kot so bile med holocenom - vsaj za tretjino - in temperatura je bila za 5 do 7 stopinj hladnejša. Rast CO2 in temperatura pleistocenske ere so omejevali dejavnike rasti rastlin, je zaključil Piperno, ki je videl prejšnje raziskave, ki kažejo, da gojenje rastlin v okolju z nizko stopnjo CO2 inhibira fotosintezo in zmanjšuje donos semen.
Koruzov divji prednik, teosinte, je prikazan, da raste v sodobnih (komora na levi) in v preteklosti (komora na desni) podnebnih razmerah. Smithsonske znanstvenice Dolores Piperno (desno) z Irene Holst. (Sean Mattson) Pipernovi lastni rezultati so odmevali v predhodnih raziskavah; teosinte je tvoril tudi več semen v komori s toplejšo temperaturo in povišano C02. Zaradi tega pojava je kmetijstvo prvič postalo trajnostna praksa za prehranjevanje družin. Piperno je povečano produktivnost obrata spremenil v "dobro strategijo prilagajanja."
"Rezultati so presenetljivi, " pravi Sandweiss, ki je ugotovila, da je na videz teosinte dolgo vplival znanstvenik. Ko smo videli, kako je izgledal teosinte v pogojih rasti pleistocena, je njegov odnos do koruze "začel veliko več smisla."
Pipernov poskus bi lahko pomagal tudi znanstvenikom in arheologovom, da razumejo postopek in čas udomačitve poljščin po vsem svetu, je poudaril Sandweiss. Pšenica, ječmen in riž so prav tako doživeli fenotipske spremembe in povečali produktivnost v poznem pleistocenu in zgodnji holocenski dobi. S sledenjem tega procesa bi lahko razložili, "kot se zdi pri koruzi, zakaj so ljudje izbrali prav to vrsto in ne druge in zakaj se je postopek udomačevanja zgodil, ko se je to zgodilo."
Piperno načrtuje nadaljevanje raziskav z izvajanjem študij umetne selekcije, ki goji več generacij rastlin, da opazuje dednost induciranih fenotipov, podobnih koruzi. Pravi, da fenotipska plastičnost postaja pomemben del tega, kar znanstveniki imenujejo "nova moderna sinteza" - širitev, kako znanstveniki vidijo vpliv okolja na evolucijske spremembe.
"V bistvu smo odprli okno, " pravi Piperno.
