В новом исследовании, опубликованном в журнале Trends in Plant Science, доктор. Роберт Шпенглер исследует эти эволюционные реакции и предполагает, что все самые ранние черты, которые могут развиться у диких родственников современных одомашненных культур, связаны с распространением семян человека и эволюционной потребностью растения для распространения своего потомства.
Синдром одомашнивания и появление схожих черт
Многие из самых ранних черт одомашнивания растений схожи для разных видов сельскохозяйственных культур, и это явление биологи-эволюционисты называют параллельной эволюцией.
Например, у всех крупносемянных травяных культур – е.грамм. пшеница, ячмень, рис, овес – первая черта приручения – это ужесточение рахиса (отдельного стебля, который удерживает зерно злаков у колоса). Аналогичным образом, у всех бобовых с крупными семенами, таких как горох, чечевица, фасоль и фасоль, самым ранним признаком одомашнивания является неразрушающийся стручок.
Археоботаники, изучающие раннее одомашнивание растений, согласны с тем, что эволюция более жестких стеблей у зерновых культур была результатом того, что люди использовали серпы для сбора урожая зерновых. Во время сбора урожая образцы с наиболее ломкими стеблями лишились семян, тогда как растения с более жесткими стеблями выиграли от защиты семян и сохранения их на следующий год.
Затем люди вычистили конкурирующие растения (прополка), обработали почву, посеяли семена и сохранили урожай до следующего урожая. Можно предположить, что такой же процесс произошел и для бобовых.
В течение почти столетия ученые осознавали тот факт, что эта параллельная эволюция была результатом аналогичного избирательного давления со стороны людей в разных центрах приручения по всему миру, что привело к тому, что многие исследователи называют «синдромом приручения».«В простейшем биологическом смысле, – предполагает Шпенглер, люди обеспечивают лучшие услуги по рассеянию семян для продовольственных культур, чем те растения, которые были бы в дикой природе, что заставляет их развивать черты, которые облегчают сельское хозяйство и повышают их собственные шансы на воспроизводство.
Эволюция признаков рассредоточения семян сельскохозяйственных культур
Археоботаники изучали особенности распространения семян у диких родственников зерновых и бобовых культур, но лишь немногие из них обсуждали, как дикие родственники других культур распространяют свои семена. В этой рукописи Шпенглер отходит от пристального внимания к этим немногим растениям и рассматривает процессы распространения семян в дикой природе других культур.
Шпенглер отмечает, что до последнего ледникового периода млекопитающие-мегафауны, включая человека, играли ключевую роль в эволюции более крупных плодов в дикой природе. В то время как у некоторых растений есть механические методы распространения семян, наиболее распространенный способ распространения семян растений – привлечение животных, которые будут делать это за них. Ярко-красная вишня, например, эволюционировала, чтобы соблазнить птиц красно-зеленым цветовым зрением. Птицы съедают сладкие плоды, затем улетают на новое место и кладут семена вишни.
Однако для распространения более крупных фруктов требуются более крупные животные, а это означает, что растения-прародители большинства фруктов на наших продуктовых рынках сегодня эволюционировали, чтобы распространять их среди крупных млекопитающих. Палеонтологи ранее отмечали параллельную эволюцию более крупных плодов, чтобы привлечь более крупных животных во многие несвязанные семейства растений, процесс, который, как обнаружил Шпенглер, находит отражение в эволюции сельскохозяйственных культур, выращиваемых людьми.
Шпенглер также предполагает, что млекопитающие-мегафауны, возможно, сыграли ключевую роль в распространении семян у предшественников мелкосемянных зерен, таких как лебеда, просо и гречиха. Благодаря гладким семенам с твердой оболочкой, которые растут на верхушке растения, без вторичных защитных соединений или шипов и быстрой скорости роста листва этих растений является идеальной пищей для пастбищных животных.
Небольшой размер этих диких семян, возможно, был эволюционной адаптацией, которая позволила им успешно проходить через пищеварительную систему копытных млекопитающих, которые часто пропускают только семена размером менее 2 мм. Концептуализация одомашнивания как эволюции, основанной на рассредоточении семян, как предлагает Шпенглер, объясняет, почему первыми признаками одомашнивания всех однолетних культур с мелкими семенами были истончение семенной оболочки, увеличение размера семян и нарушение покоя – обратная тенденция. признаков, которые позволили распространить семена пастбищными млекопитающими. Процесс одомашнивания разорвал мутуалистические связи, которые эти растения имели с рассредоточителями диких семян, и сделал их зависимыми от людей в плане распространения.
Понимание одомашнивания растений как мутуализма, основанного на рассеянии семян
В течение раннего и среднего голоцена растения в определенных местах по всему миру начали приобретать новые черты в ответ на методы выращивания человека.
По мере того, как человеческие популяции увеличивались в размерах и становились более концентрированными, избирательное давление, которое люди оказывали на эти растения, увеличивалось. В дикой природе растения часто развивают мутуалистические отношения в ответ на тяжелое давление со стороны травоядных. Те же эволюционные реакции, утверждает Шпенглер, можно увидеть на фермерских полях на ранних этапах перехода к одомашниванию, когда у растений развиваются черты, позволяющие лучше использовать людей в качестве распространителей семян.
«Люди – лучшие из когда-либо существовавших распространителей семян, которые распространяют виды растений по всему миру», – говорит Шпенглер. «В настоящее время мы удаляем все конкурирующие виды растений на территории Амазонки, чтобы распространять семена сои – растения, которое изначально развило черты мутуалистических отношений с людьми в Восточной Азии.
Точно так же большая часть прерий Среднего Запада Америки была удалена, чтобы выращивать кукурузу, культуру, которая эволюционировала, чтобы набирать людей в тропических южных районах Мексики. Люди – мощные распространители семян, и растения с готовностью развивают новые черты, чтобы распространять свои семена и более успешно колонизировать новые районы."
Доктор. Шпенглер – директор археоботанических лабораторий в Институте истории человечества Макса Планка в Йене, Германия. «Важно взглянуть на одомашнивание растений с точки зрения эволюционной экологии и попытаться найти параллели между эволюцией растений в дикой природе и во время раннего выращивания», – говорит Шпенглер. "Моделируя одомашнивание как процесс, эквивалентный эволюции в дикой природе, и отбрасывая идею сознательных инноваций человека, мы можем более эффективно изучать вопросы, почему и как этот процесс произошел."