Приручение. 10 биологических видов, изменивших мир

Размышляя о поразительных изменениях, которые наблюдаются у тропической кукурузы буквально через пару поколений при ее выращивании в менее благоприятном климате в Германии, Дарвин, можно сказать, вплотную подходит к не так давно сформулированной идее о фенотипической пластичности. Нам известно, что для этого не требуются мутации – то есть то, что называется «настоящими» эволюционными изменениями. Достаточно слегка изменить способ «прочтения» организмом своей ДНК – экспрессию генов. Даже в отсутствие мутаций фенотипическая пластичность может стать источником новых признаков организма. И несмотря на это, большая часть исследований процесса одомашнивания диких видов растений и животных сосредоточена исключительно на изучении мутаций генов, и ученые иногда забывают о том, насколько может меняться фенотип без изменений генетического кода. Тропическая кукуруза Мецгера, выращенная в умеренном климате, представляет собой великолепный пример того, насколько подвержен изменениям фенотип. Более того, недавно новое исследование показало еще более высокую степень пластичности кукурузы, чем Мецгеру когда-то удалось продемонстрировать у американской разновидности растения.

Долорес Пиперно работает археоботаником в Смитсоновском музее в Вашингтоне, округ Колумбия. Она возглавила исследование, в результате которого удалось обнаружить фитолиты кукурузы в пещере Шиуатоштла в долине реки Бальсас. Но, помимо изучения древних останков давно вымерших растений, исследовательница также проводила эксперименты с современными сортами кукурузы. Под руководством Долорес Пиперно команда ученых из Смитсоновского института тропических исследований в Панаме занялась в 2009–2012 годах изучением роли фенотипической пластичности как фактора, способствовавшего возникновению высокой степени изменчивости кукурузы после введения в культуру. В рамках эксперимента древний предок культурной кукурузы Zea

mays parviglumis был выращен в теплицах в разных климатических условиях. В одном случае ученые воссоздали климат конца ледникового периода, примерно 16 000-11 000 лет назад. В другой теплице с современным климатом высадили контрольную группу растений. Когда кукуруза выросла и созрела в обеих теплицах, ученые были потрясены результатом.

В контрольной теплице с современным климатом все растения внешне походили на теосинте: ветвистые стебли с побегами, несущими как метелки (мужские соцветия), так и женские соцветия. Зерна в початках вызревали не все сразу, а поэтапно. А вот в теплице с климатом ледникового периода картина сложилась совершенно иная. Большинство растений все еще напоминали теосинте, но зато некоторые, примерно каждое пятое растение, стали очень похожи на кукурузу. У них сформировался единственный неветвящийся стебель. Прямо к главному стеблю прикреплялись женские соцветия, из которых позже формировались початки с одновременно созревающими зернами.

Ученых всегда удивляло, что такое растение, как теосинте, было выбрано для разведения ранними земледельцами. Но если некоторые экземпляры теосинте в конце ледникового периода были более похожи на современную кукурузу – початки расположены близко к стеблю и легко срываются, а зерна в них вызревают одновременно, – тогда этот выбор не покажется таким уж странным.

Но самое интересное произошло, когда ученые собрали семена растений, так похожих на кукурузу и выращенных в условиях ледникового периода, и посеяли их вновь, создав на этот раз условия, воспроизводящие климат Земли после оледенения, в самом начале голоцена, около 10 000 лет назад. Половина растений по-прежнему больше походила на кукурузу, чем на теосинте. Это означает, что ранние земледельцы довольно быстро получили растения с желаемым «кукурузным» фенотипом. Нам известно, что в процессе окультуривания кукурузы у растения происходили и генетические изменения, но, по всей видимости, значительную роль здесь сыграла и фенотипическая пластичность. Эта впечатляющая пластичность может отражать приспособленность к постоянно меняющимся условиям: вероятно, именно в таких условиях существовали предки этого растения, которые были вынуждены быстро адаптироваться к новым условиям произрастания. Если мы хотим понять, как человек одомашнил животных и растения, мы не должны больше закрывать глаза на феномен фенотипической пластичности, а также на значительную роль, которую сегодня играют окружающая среда и экология.

Таким образом, изменяя свой внешний вид под воздействием меняющихся условий среды и селекции со стороны человека, кукуруза распространилась из родных тропических лесов Мексики в горные районы, а также к северу и к югу, по мере того как росло значение земледелия. Постепенное распространение этого растения по Американским континентам позволило ему приспособиться к различным условиям произрастания: стать не только обитателем низин, но и высокогорной культурой, выживать не только в тропическом, но и в умеренном климате.