南極大陸を除くすべての大陸で栽培されている作物であるトウモロコシは、祖先であるメキシコ南西部で今日成長し、テオシントと呼ばれる堅い穀粒の野草とはほとんど見えません。
植物学者は、トウモロコシの起源についてほぼ一世紀にわたって議論してきました。ある時点で、現代の植物は絶滅した野生のトウモロコシ、またはまだ発見されていないものに由来すると信じていました。 しかし、遺伝学者は最終的に1990年にトウモロコシが硬いカーネルのテオシントに関連していると判断し、今日私たちが知っているふっくらしたジューシーな植物は野生草の家畜化された形であると結論付けました。 科学者たちは、1万年から1万3千年前に、農民たちが種子を選択し、良好な形質で植えたので、時間がたつにつれて植物が形質転換されたと推論しました。
しかし、先週発行された雑誌Quaternary Internationalで発表された研究では、パナマのガンボアにあるスミソニアン熱帯研究所のフィールドステーションで働くスミソニアン研究者ドロレス・ピペルノは、新しい「タイムマシン」仮説を共有しました。 過去の環境条件の下で、彼女と彼女の同僚は、テオシントは今日よりもはるかに異なって見え、現在よりも現代のトウモロコシによく似ていると言います。 これは、初期の農民がそれを栽培することを選んだ理由を明らかにするかもしれません。
過去の環境条件下で、ピペルノ（現代のテオシントを運ぶ）と彼女の同僚は、植物の更新世時代の祖先は今日とははるかに異なって見え、現代のトウモロコシにもっと似ていると言います。 （マシュー・ラクニエ） 「狩猟採集者が初めて（今日の）作物の野生の先祖を搾取し始めたときと、最初の農民が実際に作物の栽培を始めたとき、温度と大気中のCO2は非常に異なっていました」と、ピペルノは言います。 」
ピペルノはクラウスウィンターと協力しました。クラウスウィンターは、CO2レベルを低く保ち、更新世後期と完新世初期の温度に似た低温に維持されたガラス室温室を設計しました。 制御のために、今日の環境を模した別の温室が近くに準備されました。 その後、ピペルノと同僚は両方の部屋にテオシントを植えました。
トウモロコシの化石の歴史と過去の環境条件を研究しているときに、ピペルノは、植物の先祖が最初に収穫されてから栽培された後期更新世と初期完新世の間にどのように見えたのか疑問に思い始めました。 当時、気温は現在よりも3.5〜5.4度低く、大気中のCO2は約260 ppmのレベルで推移していました。 後に、産業革命の間に、CO2は今日の10億分の405部にまで上昇します。これは、背の高い、長い枝のテオシント植物が現在成長しているレベルです。
「タイムマシン」チャンバー（A）からのトウモロコシのような表現型植物には、主幹を終わらせる単一の房があり、雌の耳は主幹に沿って現れます（矢印）。 右上の挿入図は、女性の耳の1つを拡大したものです。 制御チャンバーで成長した最新のテオシント（B）には、房状（黒い矢印）で終わる長い一次側枝（例、上の白い矢印）が多数あります。 未発達の女性の耳は、二次側枝に見られます（白い矢印）。 （STRI、アイリーン・ホルスト） ピペルノは、将来のCO2と温度の上昇が「表現型可塑性」と呼ばれるもの、またはその環境に応じた植物の外観の変化をどのように誘発するかを調べる研究に興味がありました。 表現型の可塑性は、別々の条件で成長した場合、2つの遺伝的に同一の生物を異なって見えるようにします。
「タイムマシン」で、ピペルノとクラウスは、テオシントの植物が成長し、今日私たちが食べて食べるトウモロコシに似ていることを知り、興味をそそられました。 今日のテオシントには、二次枝に耳が生えている房状の枝が多数ありますが、温室植物には、単一のタッセルが付いた単一の主茎と、耳のあるいくつかの短い枝がありました。 また、種子も異なっていました。順次成熟する野生のテオシントの種子とは異なり、実験植物のすべての種子はトウモロコシの穀粒または種子と同様にすべて同時に成熟しました。 今日のテオシントの種子は堅い栄養に囲まれていますが、タイムマシンは種子核が露出した植物を生産しました。
ピペルノによれば、枝が少なく、見やすい種子があれば、テオシントは収穫しやすい作物になります。 これらの特性は、以前は人間の選択と家畜化に起因すると考えられていましたが、表現型の可塑性を誘発する環境変化によって拍車がかかった可能性があります。
タイムマシンチャンバー内では、テオシントは10、000年前に遭遇したかもしれない条件で成長しました。 （STRI、アイリーン・ホルスト） 環境は、栽培のためのテオシントに焦点を当てる上で「偶然の場合は重要な」役割を果たしたように見えます、とPipernoは言います。 トウモロコシのような機能は、「初期の農家に有利なスタートを切りました。」
メイン大学の人類学と第四紀および気候学の教授であるダニエルサンドワイスは、ラテンアメリカの初期の気候変動に関する広範な研究を行っています。 彼はピペルノの実験を「画期的」と呼び、「一連の研究全体のモデルになる」と信じていたと述べた。
ピペルノ、クラウス、および彼らのチームは、更新世後期から完新世にかけて発生した温度とCO2の顕著なスパイクが植物の生産性にどのように影響し、その間に農業が始まったのかについて考えられる理由を説明するのに役立つことに興味がありました前ではありません。
更新世では、大気中のCO2レベルは完新世よりもさらに低く（少なくとも3分の1）、温度は5〜7度低くなりました。 更新世のCO2レベルと温度は植物の成長を制限する要因であったと、ピペルノは結論付けました。
トウモロコシの野生の祖先であるテオシントは、現代の気候条件（左の部屋）と過去の気候条件（右の部屋）の下で成長していることが示されています。 スミソニアン科学者ドロレス・ピペルノ（右）とアイリーン・ホルスト。 （ショーン・マットソン） ピペルノ自身の結果は、以前の研究を反映しています。 テオシントはまた、温度が上昇し、CO2が増加すると、チャンバー内により多くの種子を形成しました。 この現象は、おそらく農業を初めて家族を養うための持続可能な慣行にしたと思われます。 植物の生産性の向上は、農業を「優れた適応戦略」に変えたと、ピペルノは言います。
「結果は驚くべきものです」とテオシンテの外観が科学者を長い間妨害していたと述べたサンドワイスは言います。 更新世の成長条件でテオシントがどのように見えるかを見た後、トウモロコシとの関係は「もっと意味をなす」ようになりました。
ピペルノの実験は、科学者や考古学者が世界中の作物の栽培化のプロセスとタイミングを理解するのにも役立つかもしれない、とサンドワイスは指摘した。 コムギ、オオムギ、イネも、更新世後期と完新世初期に表現型の変化と生産性の増加を経験したかもしれません。 このプロセスをたどると、「とうもろこしのように、なぜ人々は特定の種を選び、他の種は選ばないのか、家畜化のプロセスはなぜ行われたのか」を説明するかもしれません。
ピペルノは、人工選択研究を実施して研究を継続し、誘導されたトウモロコシのような表現型の遺伝を観察するために数世代の植物を成長させる予定です。 彼女は、表現型の可塑性は科学者が「新しい現代の統合」と呼ぶものの重要な部分になり、科学者が進化の変化に対する環境の影響を見る方法を広げていると言います。
「基本的にウィンドウを開きました」とピペルノは言います。
