Эволюция кукурузы

С помощью генетической археологии мы видим, что теосинте и кукуруза похожи

История современной кукурузы начинается на заре человеческого земледелия, около 10 000 лет назад. Древние фермеры на территории современной Мексики сделали первые шаги в одомашнивании кукурузы, когда они просто выбирали, какие зерна (семена) сажать. Эти фермеры заметили, что не все растения одинаковы. Некоторые растения могли вырасти больше, чем другие, или, возможно, некоторые зерна были вкуснее или их было легче измельчать. Фермеры сохранили зерна растений с желаемыми характеристиками и посадили их для урожая следующего сезона. Этот процесс известен как селекционная селекция или искусственный отбор. Початки кукурузы со временем становились больше, с большим количеством рядов зерен, в конечном итоге приняв форму современной кукурузы.
Личность дикого предка кукурузы оставалась загадкой на протяжении многих десятилетий. В то время как другие злаки, такие как пшеница и рис, имеют очевидных диких родственников, не существует дикого растения, похожего на кукурузу, с мягкими крахмалистыми зернами, расположенными вдоль початка. Внезапное появление кукурузы в археологических записях озадачило ученых. Обычно считалось, что эволюция происходит постепенно посредством незначительных изменений. Почему кукуруза появилась так внезапно?

Кукурузные початки, обнаруженные археологами, показывают эволюцию современной кукурузы на протяжении тысячелетий селекционного разведения. Даже самые старые археологические образцы имеют безошибочное сходство с современной кукурузой. Фото © Музей археологии Роберта С. Пибоди, Академия Филлипса, Андовер, Массачусетс. Все права защищены.

Благодаря изучению генетики сегодня мы знаем, что диким предком кукурузы была трава под названием теосинте. Теосинте не очень похож на кукурузу, особенно если сравнить его зерна с зернами кукурузы. Но на уровне ДНК они удивительно похожи. У них одинаковое число хромосом и удивительно похожее расположение генов. Фактически, теосинте может скрещиваться с современными сортами кукурузы, образуя гибриды кукурузы и теосинте, которые могут воспроизводиться естественным путем.
Ученые изучают гибриды теосинте-кукурузы и их потомство в процессе генетической археологии. Этот процесс помогает генетикам понять, что происходит на уровне ДНК, что делает теосинте и кукурузу такими разными. Объединив данные генетики и археологические данные, ученые собрали воедино большую часть истории эволюции кукурузы.

Одним из первых ученых, полностью осознавших тесную связь между теосинте и кукурузой, был Джордж Бидл. В 1930-х годах Бидл изучал гибриды теосинте-кукурузы и показал, что их хромосомы очень совместимы. Позже он произвел большое количество гибридов теосинте-кукурузы и наблюдал за характеристиками их потомства. Применяя основные законы генетической наследственности, Бидл подсчитал, что только около 5 генов ответственны за наиболее заметные различия между теосинте и примитивным штаммом кукурузы.
Используя более современные методы, другая группа ученых проанализировала ДНК потомства теосинте-кукурузы. Они также заметили, что около 5 областей генома (которые могут быть отдельными генами или группами генов), по-видимому, контролируют наиболее значительные различия между теосинте и кукурузой.
В последние годы генетики использовали передовые инструменты молекулярной биологии, чтобы точно определить роль некоторых генов с большими эффектами, а также многих других областей генома, которые оказали незначительное влияние на одомашнивание кукурузы.

Самые ранние события одомашнивания кукурузы, вероятно, включали небольшие изменения в отдельных генах с драматическими последствиями. Мы знаем, что эти события были ранними, потому что различия в этих генах между сортами кукурузы невелики, что позволяет предположить, что современные сорта произошли от одного предка. То, что небольшие изменения имели драматические последствия, также объясняет внезапное появление кукурузы в археологических записях. Эти примеры показывают нам, что эволюция не всегда связана с постепенными изменениями во времени.