Maissi, sato, jota viljellään kaikilla mantereilla Antarktista lukuun ottamatta, näyttää hyvin vähän kuin esi-isänsä, kovien ytimien villi ruoho, joka kasvaa tänään Lounais-Meksikossa ja jota kutsutaan teosinteksi.
Kasvitieteilijät ovat keskustelleet melkein vuosisadan ajan maissin alkuperästä, uskoen yhdessä vaiheessa, että nykyaikainen kasvi on syntynyt sukupuuttoon kuolleesta luonnonvaraisesta maissista tai jotain vielä löytämättä olevaa. Geneetikot kuitenkin päättivät lopulta vuonna 1990, että maissi liittyi kovaydiniseen teosinteeseen, ja päätelivät, että tänään tiedossa oleva söpö, mehukas kasvi on villin ruohon kotieläinmuoto. Tutkijoiden mielestä vuosina 10 000 - 13 000 vuotta sitten viljelijät olivat valinneet ja istuttaneet siemenet suotuisilla ominaisuuksilla, ja ajan myötä kasvi muutettiin.
Mutta Quaternary International -lehdessä viime viikolla julkaistussa tutkimuksessa Smithsonian tutkija Dolores Piperno, Smithsonian trooppisen tutkimuslaitoksen kenttä-asemalla Gamboassa, Panamassa työskentelevä arkeologinen kasvitieteilijä, jakoi uuden "aikakone" -hypoteesin. Hänen ja hänen kollegoidensa mukaan aikaisemmissa ympäristöolosuhteissa teosinte näytti paljon erilaiselta kuin nykyään ja muistutti enemmän nykyajan maissia kuin nykyään. Tämä saattaa valaista, miksi varhaiset viljelijät päättivät viljellä sitä.
Aiemmissa ympäristöolosuhteissa Piperno (kantaen modernia teosinteä) ja hänen kollegansa sanovat, että kasvin pleistokeeniaikainen esi-isä näytti paljon erilaiselta kuin nykyään ja muistutti läheisemmin nykypäivän maissia. (Matthew Lachniet) "Tiedämme, että vuosina 10 000 - 13 000 vuotta sitten", sanoo Piperno, "kun metsästäjät-keräilijät aloittivat ensin [nykypäivän] satojen villien esi-isien hyödyntämisen ja kun ensimmäiset viljelijät todella aloittivat viljelykasvien, lämpötila ja ilmakehän hiilidioksidi olivat hyvin erilaisia. ”
Piperno työskenteli Klaus Winterin kanssa, joka suunnitteli lasikammion kasvihuoneen - aikakoneen -, jota ylläpidettiin alhaisemmilla CO2-tasoilla ja pidettiin alhaisemmissa lämpötiloissa, jotka olivat samanlaisia kuin myöhäisen pleistoseenin ja varhaisen holoseenin ajanjaksot. Valvontatarkoituksiin lähistöllä valmistettiin toinen nykypäivän ympäristöä jäljittelevä kasvihuone. Sitten Piperno ja hänen kollegansa istuttivat teosinteen molempiin kammioihin.
Tutkiessaan maissin fossiilista historiaa ja aiempia ympäristöolosuhteita, Piperno alkoi ihmetellä, millaiset kasvin esi-isät olivat näyttäneet loppupylekeenin ja varhaisen holoseenin aikana, kun ne ensin korjattiin ja sitten viljeltiin. Tuolloin lämpötila oli 3, 5 - 5, 4 astetta viileämpi kuin nykyään, ja ilmakehän hiilidioksidi leijui noin 260 miljoonasosan osuudelle. Myöhemmin, teollisen vallankumouksen aikana, hiilidioksidin määrä nousisi nykypäivään 405 miljardia osaa, tasolle, jolla korkea, pitkähaarainen teosinte kasvi kasvaa.
"Aikakone" -kammiossa (A) olevassa maissimaisessa fenotyyppikasvassa on yksi tupsu, joka päättää päävarren ja naiskorvat näkyvät päävarren varrella (nuolet). Oikeassa yläkulmassa oleva upotus on lähikuva yhdestä naiskorvasta. Ohjauskammiossa (B) kasvatetussa uudenaikaisessa teosinteessä on monia pitkiä, primaarisia sivuhaaroita (esimerkki, ylempi valkoinen nuoli), jotka päättävät tupsut (musta nuoli). Toissijaisissa sivuhaaroissa (valkoiset nuolet) voi nähdä kehittymättömiä naiskorvia. (Irene Holst, STRI) Piperno oli kiinnostunut tutkimuksista, joissa tutkittiin, kuinka tulevat hiilidioksidin ja lämpötilan nousut saattavat aiheuttaa jotain nimeltään ”fenotyyppinen plastisus” tai muutoksia kasvin ulkoasussa vasteena sen ympäristölle. Fenotyyppinen plastisus voi aiheuttaa kahden geneettisesti identtisen organismin näyttämisen erilaiselta, jos sitä kasvatetaan erillisissä olosuhteissa.
"Aikakoneessa" Piperno ja Klaus olivat mielenkiintoisia huomatessaan, että teosinte kasvit kasvoivat muistuttamaan paremmin maissia, jota tänään kasvamme ja syömme. Vaikka nykypäivän teosinteessä on lukuisia tupsutettuja oksia, joiden korvat kasvavat toissijaisissa oksissa, kasvihuonekasveilla oli yksi päävarsi, jonka päällä oli yksi tupsu, sekä useita lyhyitä oksia, joissa korvat. Ja siemenet olivat myös erilaisia: toisin kuin villit teosinte-siemenet, jotka kypsyivät peräkkäin, kaikki kokeellisten kasvien siemenet kypsyivät kaikki samanaikaisesti, samanlaisina kuin maissin ytimet tai siemenet. Nykypäivän teosinte-siemenet ovat suljettuina tiiviisiin vegetatiivisiin rypäleisiin, mutta aikakone tuotti kasveja, joiden siemenydin paljastettiin.
Pipernon mukaan harvemmat oksat ja helposti näkyvät siemenet olisivat tehneet teosinteistä helpomman sadon sadonkorjuuta. Nämä ominaisuudet - joiden aiemmin ajateltiin johtuvan ihmisen valinnasta ja kodistamisesta - saattoivat olla vauhdittuneet fenotyyppisen plastisuuden aiheuttavien ympäristömuutosten kautta.
Aikakonekammion sisällä teosinte kasvatettiin olosuhteissa, joita se olisi saattanut kohdata 10 000 vuotta sitten. (Irene Holst, STRI) Näyttää siltä, että ympäristöllä oli ”merkittävä, joskin suotuisa” rooli keskittyessä viljelyyn tarkoitettuun teosinteeseen, Piperno sanoo. Maissimaiset piirteet ”antoivat varhaisille viljelijöille etumatkan”.
Maine-yliopiston antropologian, kvaternäärisen ja ilmasto-tutkimuksen professori Daniel Sandweiss on tehnyt laajan tutkimuksen varhaisesta ilmastomuutoksesta Latinalaisessa Amerikassa. Hän kutsui Pipernon koetta "uraauurtavaksi" ja sanoi uskovansa siitä "tulevan mallin koko tutkimussarjalle".
Piperno, Klaus ja heidän ryhmänsä olivat myös kiinnostuneita näkemään, kuinka myöhäisen pleistoseenin ja holoseenin aikakausien välisessä lämpötilassa ja hiilidioksidissa havaittu huomattava piikki on voinut vaikuttaa kasvien tuottavuuteen, ja ne voisivat auttaa selittämään mahdollisen syyn siihen, miksi maatalous alkoi tuona aikana ja ei ennen.
Pleistoseenin aikana ilmakehän CO2-tasot olivat jopa alhaisemmat kuin holoseenin aikana - ainakin kolmanneksella - ja lämpötila oli 5–7 astetta viileämpi. Pleistoseenikauden hiilidioksiditasot ja lämpötilat olivat rajoittavia tekijöitä kasvien kasvuun, totesi Piperno, joka oli nähnyt aikaisemman tutkimuksen viittaavan siihen, että kasvien kasvaminen matalan hiilidioksidin, matalan lämpötilan ympäristössä estää fotosynteesiä ja alensi siemensatoa.
Maissin villin esi-isän, teosinteen, on osoitettu kasvavan nykyaikaisissa (kammio vasemmalla) ja aiemmissa (kammio oikealla) ilmasto-olosuhteissa. Smithsonian tutkijat Dolores Piperno (oikealla) ja Irene Holst. (Sean Mattson) Pipernon omat tulokset toivat aiempia tutkimuksia; teosinte muodosti myös enemmän siemeniä kammiossa lämpimämmällä lämpötilalla ja kasvatti C02: ta. Nämä ilmiöt tekivät maataloudesta ensimmäistä kertaa kestävän käytännön perheiden ruokintaan. Laitoksen lisääntynyt tuottavuus, Piperno sanoo, muutti viljelystä "hyvän mukautuvan strategian".
"Tulokset ovat hätkähdyttäviä", sanoo Sandweiss, joka totesi, että teosinte-ilme oli pitkään vaikeuttanut tutkijoita. Saatuaan nähdä, miltä teosinte näytti pleistokeenin kasvuolosuhteissa, sen suhde maissiin alkoi ”olla paljon järkevämpi”.
Pipernon kokeilu voi myös auttaa tutkijoita ja arkeologeja ymmärtämään sadon koduttamisen prosessia ja ajoitusta ympäri maailmaa, totesi Sandweiss. Vehnä, ohra ja riisi ovat saattaneet myös kokea fenotyyppisiä muutoksia ja lisääntynyttä tuottavuutta myöhäisessä pleistokeenin ja varhaisen holoseenin aikakausien aikana. Tämän prosessin jäljittäminen saattaisi selittää, "kuten maissin kanssa näyttää, miksi ihmiset valitsivat kyseiset lajit, ei muita, ja miksi kodistumisprosessi tapahtui, kun se tapahtui."
Piperno aikoo jatkaa tutkimustaan tekemällä keinotekoisia selektiotutkimuksia kasvattamalla useita kasvisukupolvia seuraamaan indusoitujen, maissimaisten fenotyyppien perintöä. Hänen mukaan fenotyyppisestä plastilisuudesta on tulossa tärkeä osa sitä, mitä tutkijat kutsuvat uudeksi uudenaikaiseksi synteesiksi - laajentaen kuinka tutkijat näkevät ympäristön vaikutuksen evoluutiomuutokseen.
"Olemme periaatteessa avanneet ikkunan", Piperno sanoo.
