Одомашнивание однолетников с мелкими семенами включало эволюционный переход от расселения через поедание животных к расселению людьми. Таковы результаты нового исследования Роберта Шпенглера, директора лабораторий палеоэтноботаники в Институте истории человечества Макса Планка, и Натали Мюллер, научного сотрудника Национального научного фонда Корнельского университета, опубликованного в журнале Nature Plants.
Шпенглер и Мюллер, изучая экологию пастбищных угодий и структуру травоядных стадных животных, демонстрируют, что прародители мелкосемянных культур эволюционировали так, чтобы их могли расселять мегафауна-жвачные. Хотя сегодня дикие разновидности этих видов растут небольшими изолированными участками, исследователи показывают, что интенсивный выпас этих растений стадными животными приводит к образованию плотных участков возле рек или других мест, часто посещаемых животными. В древние времена эти густые участки растений можно было легко собрать, как и современные фермерские поля, что объясняет, как и почему древние люди могли сосредоточиться на этих конкретных растениях. Это исследование дает ответ на эту давнюю загадку одомашнивания растений.
Мелкосемянные культуры – продукция другого возраста
В середине голоцена (7000-5000 лет назад) в экологически богатых речных долинах и лугах по всему миру люди начали выращивать небольшие растения для получения семян или зерна.
Пшеница, ячмень и рис – одни из самых первых растений, у которых появились признаки одомашнивания, и ученые тщательно изучили процесс одомашнивания этих крупносемянных зерновых культур. Исследователи гораздо меньше знают об одомашнивании мелкосеменных зерновых культур, таких как киноа, амарант, гречиха, просо и нескольких ныне потерянных культур, одомашненных в Северной Америке. У диких предков этих культур есть мелкие семена с неперевариваемой оболочкой или семенной оболочкой.
Сегодня эти дикие растения существуют небольшими фрагментарными участками, разбросанными по огромным территориям – тот факт, что они не растут плотными скоплениями, как предки пшеницы и риса, по-видимому, сделал этих предков сельскохозяйственных культур непривлекательными целями для собирателей. Небольшие размеры семян и твердая оболочка семян в сочетании с отсутствием плотных диких популяций заставили многих исследователей утверждать, что они, должно быть, были пищей для голода.
Собирать достаточно диких семян этих сортов, чтобы превратить их в муку, чтобы испечь буханку хлеба, потребовались бы недели, особенно для предков более редких или исчезающих культур. Так почему же первые собиратели так сильно сосредоточились на этих растениях и в конечном итоге использовали их в качестве сельскохозяйственных культур??
Шпенглер и Мюллер представляют новую модель, предполагающую, что, когда люди впервые столкнулись с этими растениями, они росли в густых насаждениях, образованных выпасом мегафауны, что облегчало сбор урожая. Когда люди начали выращивать эти растения, они взяли на себя функциональную роль рассеивателей семян, и в конечном итоге растения развили новые черты, благоприятствующие земледелию, и утратили старые черты, которые способствовали распространению стадными животными. Самые ранние признаки одомашнивания, прореживания или потери неперевариваемых защитных свойств семян, потери состояния покоя и увеличения размера семян могут быть объяснены потерей процесса расселения жвачных животных и сопутствующим управлением дикими насаждениями человеком.
Новая модель одомашнивания мелкосемянных зерновых культур
Шпенглер и Мюллер интересовались одомашниванием растений еще в аспирантуре, когда они учились у доктора Ф. Гейл Фриц, одна из первых ученых, признавших важность Среднего Запада Америки как центра одомашнивания сельскохозяйственных культур. Несмотря на десятилетия исследований природы одомашнивания растений в Северной Америке, никто не признал, что истинным ключом к этому являются огромные стада бизонов.
Одомашненные растения, которые Мюллер называет «потерянными культурами», были бы рассеяны бизонами большими полосами, что облегчило бы сбор их древними людьми и, возможно, побудило бы эти сообщества активно сажать их самостоятельно. Когда европейцы истребили стада, растения, которые использовали этих животных для распространения своих семян, также начали уменьшаться. Поскольку дикие предки этих потерянных культур сегодня редки, а стада бизонов фактически вымерли, исследователи упустили из виду эту важную коэволюционную особенность в процессе одомашнивания.
Однако этот процесс не является уникальным для Среднего Запада Америки, и исследователи предполагают, что могут быть связи между одомашниванием гречихи и выпасом яков в Гималаях и одомашниванием амаранта и выпасом лам в Андах. Авторы выявили параллельные закономерности в исследованиях экологии пастбищ, отметив, что травоядность тяжелых стад животных может гомогенизировать сообщества растительности. Например, интенсивный выпас скотоводов в горах Центральной Азии приводит к гибели многих растений, но некоторые растения, приспособленные к расселению с помощью животных, процветают. Размещение семян растений в навозе, богатом питательными веществами, приводит к появлению экологических пятен, часто называемых горячими точками, на которые фуражиры могут легко нацеливаться для сбора семян.
Более века ученые обсуждали, почему первые собиратели использовали мелкосемянные однолетние растения в качестве основного источника пищи (что в конечном итоге привело к их одомашниванию). Сегодня предки многих из этих культур имеют весьма фрагментарные популяции, а некоторые из них находятся под угрозой исчезновения или вымерли.
Точно так же без больших плотных однородных насаждений этих растений в дикой природе, таких как те, которые существуют в дикой природе для предков крупносемянных зерновых культур, было бы невозможно собрать их семена. Выводы, сделанные Шпенглером и Мюллером, помогают объяснить, почему люди нацелились на эти растения и смогли их приручить. «Мелкосемянные однолетние растения были одомашнены в большинстве регионов мира», – объясняет Шпенглер. "Таким образом, результаты этого исследования имеют глобальный масштаб.
Ученым во всем мире придется столкнуться с этими идеями, если они хотят заниматься вопросами приручения."
Шпенглер и Мюллер продолжают исследования роли пастбищных животных в одомашнивании растений. «В настоящее время мы изучаем экологию полей, на которых пасутся современные стадные животные, как пример того, как экология выглядела бы во время последнего ледникового периода, когда большие стада бизонов, мамонтов и шерстистых лошадей диктовали, какие виды растений могли расти. на Среднем Западе Америки и в Европе ", – объясняет Шпенглер. "Мы надеемся, что эти наблюдения дадут еще более полное представление о процессе одомашнивания во всем мире."