Переосмысление причин одомашнивания растений

В новой работе Роберт Шпенглер утверждает, что все самые ранние признаки одомашнивания растений связаны с взаимными отношениями, в которых растения привлекали людей для рассеивания семян.

ИНСТИТУТ МАКСА ПЛАНКА НАУКИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ИСТОРИИ

Растения, которые мы употребляем в пищу, радикально изменились за 10 000 лет, с тех пор как люди начали заниматься земледелием, но гоминиды интенсивно взаимодействовали с растениями и животными вокруг них еще до рассвета нашего вида. Когда людям стало известно о возможности модифицировать сельскохозяйственные культуры посредством селекционного размножения, эволюция новых признаков у растений значительно возросла. 

В новом исследовании, опубликованном в журнале Trends in Plant Science , д-р Роберт Шпенглер изучает эти эволюционные реакции и теоретизирует, что все самые ранние черты эволюции у диких сородичей современных одомашненных культур связаны с распространением семян у человека и эволюционной потребностью растения распространять свое потомство.

Синдром одомашнивания и появление сходных черт

Многие из самых ранних признаков одомашнивания у растений схожи у разных видов сельскохозяйственных культур, феномен, который эволюционные биологи называют параллельной эволюцией. Например, у всех крупнозернистых травяных культур – пшеницы, ячменя, риса, овса – первой чертой одомашнивания является ужесточение рахиса (отдельного стебля, который прикрепляет зерно). 

Археоботанисты, изучающие раннее одомашнивание растений, сходятся во мнении, что эволюция жестких рахизов в зерновых культурах была результатом того, что люди использовали серпы для уборки зерновых. Во время сбора урожая образцы с наиболее хрупкими рахизами потеряли свои семена, тогда как растения с более жесткими рахизами выиграли от того, что их семена были защищены и сохранены на следующий год. Затем люди убирали конкурентоспособные растения, обрабатывали почву, высевали нужные им семена. Такой же процесс произошел и для бобовых.

В течение почти столетия ученые осознавали тот факт, что эта параллельная эволюция была результатом подобного избирательного давления со стороны людей из разных центров одомашнивания по всему миру, что привело к тому, что многие исследователи называют «синдромом одомашнивания». 

Археоботаники изучали особенности распространения семян у диких сородичей зерновых и бобовых культур, но лишь немногие обсуждали, как дикие сородичи других культур рассеивали свои семена. В этой работе Шпенглер отходит от пристального внимания к этим немногим растениям и рассматривает процессы рассеивания диких семян в других культурах.

Шпенглер отмечает, что до последнего ледникового периода мегафауны, включая людей, были ключевыми для эволюции более крупных плодов в дикой природе. В то время как у некоторых растений есть механические методы рассеивания семян, наиболее распространенный способ, которым растения распространяют свои семена, состоит в том, чтобы привлекать животных для этого. Например, ярко-красная вишня эволюционировала, чтобы привлечь птиц с красно-зеленым зрением. Птицы потребляют сладкие фрукты, затем летят в новую область и откладывают семена из вишни. Более крупные плоды, однако, требуют более крупных животных для их распространения, а это означает, что растения-предшественники для большинства фруктов на наших рынках сбыта сегодня эволюционировали для распространения их крупными млекопитающими. Палеонтологи ранее отмечали параллельную эволюцию более крупных плодов, чтобы побудить более крупных животных во многих несвязанных семействах растений,

Шпенглер также полагает, что мегафауны могли быть ключом к рассеянию семян в прародителях зерен с мелкими семенами, такими как киноа, просо и гречка. Благодаря гладким семенам с твердой оболочкой, которые растут на верхушке растения, без вторичных защитных соединений или шипов и быстрому росту, листва этих растений является идеальной пищей для животных. Небольшой размер этих диких семян, возможно, был эволюционной адаптацией, которая позволила им успешно проходить через пищеварительные системы млекопитающих. 

В раннем и среднем голоцене растения в определенных местах по всему миру начали приобретать новые черты в ответ на практику выращивания человеком. По мере того как численность населения увеличивалась в размерах и становилась более концентрированной, избирательное давление, которое люди оказывали на эти растения, увеличивалось. В дикой природе растения часто развивают взаимные отношения в ответ на травоядное давление. Те же самые эволюционные реакции, утверждает Шпенглер, можно наблюдать на фермерских полях на ранних этапах одомашнивания, когда растения приобретают черты, позволяющие лучше использовать людей в качестве распределителей семян.

«Люди являются лучшими распространителями семян, которые когда-либо существовали, распространяя виды растений по всему миру», – говорит Шпенглер. «В настоящее время мы убираем все конкурентоспособные виды растений по всей Амазонии, чтобы распространять семена сои – растение, которое изначально выработало черты для взаимных отношений с людьми в Восточной Азии. Точно так же большинство прерий американского Среднего Запада было удалено, чтобы вырастить кукурузу, культуру, которая эволюционировала для вербовки людей в тропической части южной Мексики. Люди являются мощными распространителями семян, и растения с готовностью разовьют новые черты, чтобы распространять свои семена и более успешно заселять новые районы».

DOI: 10. 1016 / j. tplants. 2020. 01. 005