Кукуруз, усјев који се узгаја на свим континентима, осим на Антарктику, веома личи на свог претка, дивљу траву са тврдим зрнима која данас расте у југозападном Мексику и назива се теосинте.
Ботаничари су током једног века расправљали о пореклу кукуруза, верујући у једном тренутку да је модерна биљка пореклом из изумрлог дивљег кукуруза или нечег још неоткривеног. Генетичари су, међутим, 1990. године утврдили да је кукуруз сродан теосинтету тврдог зрна и закључили да је дебелу, сочну биљку какву познајемо данас припитомљени облик дивље траве. Између 10.000 и 13.000 година, научници су закључили, пољопривредници су селектирали и засадили семе повољним особинама и временом је биљка трансформисана.
Међутим, у студији објављеној прошле недеље у часопису Куатернари Интернатионал, Смитхсониан истраживачица Долорес Пиперно, археоботариста која ради у теренској станици Смитхсониан Тропицал Ресеарцх Институте у Гамбои, у Панами, поделила је нову хипотезу о "времепловном строју". У прошлим условима заштите животне средине, кажу она и њене колеге, теосинте је изгледао далеко другачије него данас и више је личио на модерни кукуруз него данас. Ово би могло осветлити разлог зашто су се рани фармери одлучили да га узгајају.
У прошлим околним условима, Пиперно (носећи модерни теосинте) и њене колеге кажу да је предак биљке из плеистоцена изгледао знатно другачије него данас и више је личио на модерни кукуруз. (Маттхев Лацхниет) „Знамо да је пре 10.000 до 13.000 година, “ каже Пиперно, „када су ловци сакупљачи први пут започели експлоатацију дивљих предака [данашњих] усева и када су први фармери заправо почели да узгајају усеве, температура и атмосферски ЦО2 су веома различите. “
Пиперно је сарађивао са Клаусом Винтер-ом, који је дизајнирао стакленик са стакленим кућама - времеплов - одржаване са сниженим нивоом ЦО2 и држао се на нижим температурама сличним онима из касног плеистоцена и раног холоценског периода. У сврху контроле, у близини је био спреман још један стакленик који је опонашао данашње окружење. Пиперно и њене колеге су затим посадили теосинте у обе коморе.
Током проучавања историје фосилних кукуруза и прошлих услова животне средине Пиперно се почео питати како су могли изгледати преци ове биљке током касно-плеистоцена и раног холоцена, када су прво сакупљени, а затим узгојени. Тада је температура била 3, 5 до 5, 4 степена хладнија него што је данас, а атмосферски ЦО2 је лебдио на нивоима од око 260 делова на милион. Касније, током индустријске револуције, ЦО2 би порастао на данашњих 405 дијелова по милијарди, нивоу на којем сада расте висока, разграната биљка теосинте.
Фенотипска биљка кукуруза из коморе "машине за време" (А) има јединствену кичму која укида главно стабло, а женска уши се појављују дуж главног стабљике (стрелице). Уложак у горњем десном углу је изблиза једног од женских ушију. Модерни теосинте који се узгаја у контролној комори (Б) има много дугих, примарних бочних грана (на пример, горња бела стрелица) окончаних ресицама (црна стрелица). Неразвијене, женске уши могу се видети на секундарним бочним гранама (беле стрелице). (Ирене Холст, СТРИ) Пиперно је била заинтересована за студије које су испитивале како будуће повећање ЦО2 и температуре може изазвати нешто што се зове „фенотипска пластичност“ или промене у изгледима у биљци као одговор на њено окружење. Фенотипска пластичност може узроковати да два генетски идентична организма изгледају различито ако се узгајају у одвојеним условима.
У "времеплову", Пиперно и Клаус били су заинтригирани када су открили да биљке теосинте сада више подсећају на кукуруз који данас узгајамо и једемо. Док данашњи теосинте има бројне разгранате гране са ушима које расту на секундарним гранама, биљке стакленика су имале само једно главно стабљико над главом једног ресе, као и неколико кратких грана са ушима. И семенке су такође биле различите: за разлику од дивљих семенки теосинте, које су сазревале узастопно, сва семена у експерименталним биљкама сазревају истовремено, слично кукурузним семенкама или семенкама. Данашње семе теосинте затворено је у уске вегетативне брактеје, али временски машине су произвеле биљке са семенским зрнцима које су биле изложене.
Према Пиперновим речима, мање грана, заједно са лако видљивим семенкама, теосинтету би учинили лакшим усевом за жетву. Ове карактеристике - за које се раније мислило да потичу од људске селекције и припитомљавања - могле су да буду подстакнуте променама животне средине које су индуковале фенотипску пластичност.
Унутар коморе временске машине, теосинте је узгајао у условима на које је можда наишао пре 10.000 година. (Ирене Холст, СТРИ) Изгледа да је окружење играло "значајну, ако и необичну" улогу у фокусу на теосинте за култивацију, каже Пиперно. Карактеристике кукуруза „дале су почетнике“.
Даниел Сандвеисс, професор антропологије и квартарних и климатских студија на Универзитету Маине, спровео је опсежно истраживање раних климатских промена у Латинској Америци. Назвао је Пипернов експеримент „револуционарним“, и рекао да верује да ће „постати модел за читав низ студија“.
Пиперно, Клаус и њихов тим такође су били заинтересовани да виде како приметни пораст температуре и ЦО2 који су се појавили између касног плеистоцена и холоцена могу утицати на продуктивност биљака и могао би да помогне да се објасни могући разлог зашто је пољопривреда почела у то време и не пре.
Током плеистоцена, атмосферски нивои ЦО2 су били чак нижи него што су били током холоцена - бар за једну трећину - а температура је била хладнија за 5 до 7 степени. Ниво и температура ЦО2 из плеистоценске ере ограничавајући су фактори раста биљака, закључио је Пиперно, који је видео претходна истраживања која сугеришу да раст биљака у окружењу са ниском ЦО2, ниском температуром инхибира фотосинтезу и смањује принос семена.
Кукурузни дивљи предак, теосинте, приказан је како расте у модерним (комора са леве стране) и у прошлости (комора са десне стране) климатским условима. Смитхсониан научници Долорес Пиперно (десно) са Ирене Холст. (Шон Маттсон) Пипернови сопствени резултати поновили су претходне студије; теосинте је такође формирао више семенки у комори са топлијом температуром и повећаним Ц02. Ова појава је можда пољопривреду, први пут, учинила одрживом праксом за прехрану породица. Повећана продуктивност биљке, каже Пиперно, претворила је пољопривреду у „добру адаптивну стратегију“.
"Резултати су запањујући", каже Сандвеисс, који је напоменуо да је изглед теосинте дуго успорио научнике. Након што је видео како изгледа теосинте у условима раста плеистоцена, његов однос према кукурузу почео је да "добија много више смисла."
Пипернов експеримент би такође могао да помогне научницима и археолозима да разумеју процес и време припитомљавања усева широм света, приметио је Сандвеисс. Пшеница, јечам и рижа су такође доживели фенотипске промене и повећали продуктивност у касним плеистоценским и раним холоценским добама. Праћењем овог процеса могло би се објаснити, „као што се чини код кукуруза, зашто су људи изабрали управо те врсте, а не друге, и зашто се процес припитомљавања догодио када се догодило“.
Пиперно планира да настави своје истраживање спроводећи студије вештачке селекције, узгајајући неколико генерација биљака како би посматрао наследство индукованих фенотипа који наликују кукурузу. Она каже да фенотипска пластичност постаје важан део онога што научници називају „нова модерна синтеза“ - ширење начина на који научници посматрају утицај околине на еволутивне промене.
"Ми смо у основи отворили прозор", каже Пиперно.
