トウモロコシは、世界で最も重要な作物の1つです。 私たちはただそれをポップして、穂軸にぶちまけるだけではありません。 トウモロコシは小麦粉とシロップに変えることができ、家畜に与えられ、エタノールに変換され、プラスチックの製造にも使用できます。 2016年から2017年の間に、世界中で約10億トンのトウモロコシが生産され、トウモロコシは人間のすべての食物カロリーの6％以上を産出します。
この謙虚で便利な澱粉の物語は、何千年も前にメキシコで始まり、テオシンテと呼ばれる古代の草の栽培化から始まります。 しかし、 Scienceに発表された新しい研究によると、テオシントの今日の黄金粒への進化の軌跡は、科学者が以前考えていたよりも複雑かもしれません。
一般的に受け入れられている理論であるトウモロコシの家畜化は、メキシコ中南部のバルサス川渓谷で起こった。 約9, 000年前、この地域の初期の農民は、現代のトウモロコシとは非常に異なっており、特に美味ではないテオシントの好ましい特性を選択し始めました。 その穂軸は小さく、そのいくつかのカーネルは頑丈なケーシングに囲まれています。 しかし、人間の介入により、テオシントはおいしい、やわらかいトウモロコシに進化し、その後アメリカ大陸の他の地域に運ばれました。 15世紀のヨーロッパ植民地化の時点までに、トウモロコシはこの地域の多くの部分で主要な食料源でした。
新しい研究の主執筆者であり、スミソニアン国立自然史博物館の考古植物学および考古学のキュレーターであるローガン・キスラーは、この理論によると、野生のテオシントからの遺伝子の流れはまだ飼いならされたトウモロコシで起こっていたが、重要な方法は、すべてのトウモロコシの共通の祖先で遺伝子の流れが多かれ少なかれ停止したことです。」
しかし、最近の啓示により、キスラーと彼の同僚はこの考えを再考するようになりました。 2016年、2つの独立した研究グループが、メキシコの洞窟にある5, 000年前のトウモロコシの穂軸のDNAを分析し、古代のトウモロコシがまだ家畜化プロセスの最中であることを発見しました。 穂軸には、テオシントに関連するいくつかの遺伝子があり、種子の分散や澱粉の生産などを指示し、他の遺伝子はテオシントの硬い外皮を除去する変異体のような家畜化トウモロコシに特徴的です。
キスラーによると、これらの発見は驚くべきものでした。 穂軸が古代の洞窟の床にたどり着く頃には、トウモロコシはすでにメキシコをはるかに越えて移動しており、アマゾン南西部で約1, 500年間栽培されていました。 言い換えれば、穀物の進化の物語は、2つの異なる経路に分かれているように見えました。
「あなたはすでにこのアマゾンの一部で数千年にわたって継続的に栽培されているトウモロコシを持っているこの矛盾、このミスマッチを持っています、そしてそれはまだ原産地での栽培化さえ完了していません」とキスラーは説明します。 「考古学と遺伝学を調和させるために、新しい家畜化モデルを考えなければなりませんでした。」
そこで、キスラーと彼の仲間の研究者は、トウモロコシのDNAを詳しく調べることにしました。そして、彼らが発見したことは、テオシントの家畜化が実際にメキシコで始まったが、
トウモロコシの栽培化を個別のイベントと考えるべきではありません。 代わりに、穀物の進化は長く複雑なプロセスであり、栽培化の最終段階は複数の場所で複数回発生しました。
この新しい研究では、100種類を超える現代のトウモロコシのゲノムを分析し、そのうちの約40が研究者によって配列決定されました。 チームは、11の古代植物のDNAも調べました。 彼らが標本間の遺伝的関連性を明らかにしたとき、研究者たちはテオシントとそれぞれ独自の関係を持ついくつかの異なる系統を発見しました。 最も重要なことは、メキシコの単一の大きな遺伝子プールでトウモロコシの家畜化が始まったが、穀物は家畜化プロセスが完了する前に他の場所に運ばれたという結果でした。
「ゲノムから、南米のトウモロコシが実際にこれらの半国内の系統の1つに由来するという証拠を発見しました」とキスラーは言います。 「アメリカのさまざまな地域で、人々のさまざまなグループで、これらの並行した進化が起こっていました。」
この調査によると、メキシコから南アメリカへの「プロトコーン」運動の大きな波がありました。 部分的に家畜化されたトウモロコシは、米、スカッシュ、キャッサバを含む他の植物の家畜化のホットスポットであったアマゾン南西部に上陸したようです。 キスラーは、トウモロコシがそこでの農業慣行に採用されたと理論付けており、家畜化プロセスに、中断したところから再開する機会を与えています。 確かではありませんが、この新しい場所のトウモロコシは家畜化の中心のトウモロコシよりも急速に進化した可能性があり、それがメキシコの洞窟の5, 000年前の穂軸が家畜化の中間段階にあるように見える理由を説明しますトウモロコシがすでにアマゾンで栽培されていたとき。
「その理由は、野生の個体群からの遺伝子の流れが一定ではないということです...畑の端にいる野生のトウモロコシが花粉をいくらか供給しているのです」とキスラーは言います。 「それは選択の効率を低下させます。そして、あなたはそれらの特性の選択を駆動することができるほど効率的ではありません。」
調査著者によると、トウモロコシは数千年にわたってアマゾン南西部でAfter化した後、再び移動しました。今回は東アマゾンで、この地域で考古学者が観察した農業の一般的な繁栄の中で成長しました。
もう一つの興味深い発見は、アンデスとアマゾン南西部の現代のトウモロコシがブラジル東部で栽培されたトウモロコシと密接に関連しているという事実にあります。 これは、たとえばセラミックの伝統の広がりなどの考古学的証拠と一致しており、キスラーによると、南北アメリカの人々が約1、000年前に東に拡大し始めたことを示唆しています。 実際、今日、ブラジルの大西洋沿岸でマクロイェー語を話す人々は、アマゾンの先住民語である「トウモロコシ」を使用しています。
この遺伝的パズルのピースは、最初ははっきりと合わなかった。 キスラーは、彼と彼の仲間の研究者が収集したゲノムデータは「長い間本当に紛らわしい」と言った。
「言語学の専門家、古生態学者、考古学者と話し始めるまで、私たちが見ていたものから頭や尻尾を作ることはできませんでした」と彼は詳しく説明します。 「それからクリックしました。」
幸運な偶然によっていくつかの啓示が生まれました。 昨年、キスラーがブラジルでの調査結果の初期版を発表している間、サンパウロ大学の博士課程の学生であるフラビアヌマラキアスコスタが聴衆の中にいました。 彼女は、キスラーの遺伝地図がトウモロコシのアマゾンの言葉の分布と顕著な類似性を持っていることを指摘しました。 その後、エクセター大学と自然史博物館の研究者であるジョナス・グレゴリオ・デ・ソウザとエドゥアルド・リベイロは、それぞれこの言語的傾向を景観にさらに結び付けました。
カリフォルニア大学デイビス校の植物科学者で、トウモロコシとテオシントの進化遺伝学を研究しているジェフリー・ロス・イバラ博士は、チームの共同作業は「トウモロコシが南アメリカに到着した後も進化を続ける明確なモデルをうまくレイアウトします」と述べています。 、しかしこの研究には関与しませんでした。 「それ自体は第二の家畜化ではありませんが、南アメリカのトウモロコシがメキシコのトウモロコシとは多少独立してかなりの量の適応を受けたことを強調しています。」
ブリティッシュコロンビア大学の人類学者であり、農業の起源と普及に焦点を当てた研究を行っているマイケルブレイクにとって、この研究による9つの考古学的植物のシーケンスは特に刺激的です。 「私たちには、（南アメリカでは）確実に年代を決められ、遺伝的証拠が得られるほど十分に保存された考古学的なトウモロコシの良いサンプルを入手できる良い状況がまだありません」と彼は言います。
しかし、ブレイクはまた、これらの古代のサンプルは約1000年前のものであり、「とうもろこしの進化のかなり後期」であると述べています。南米の考古学的なトウモロコシのサンプルはごくわずかです。メキシコで行われた穀物の完全な画像を取得します。
「形態学的側面と遺伝子自体の関係が正確にはわからないため、遺伝的特性自体は形態[または植物の形態と構造]についてあまり語らないかもしれません」とブレイクは説明します。
キスラーは、南米からそのような古い証拠を持っていることが「本当にいい」だろうと認めているが、彼はまた将来について考えている。 穀物は今日でも重要な食料源であり続けているため、トウモロコシが過去の新しい環境にどのように適応したかを理解することが重要です、とキスラーは言います。 トウモロコシの栽培化はこれまで非常に成功してきました。何千年もの間、人間と植物の共生関係が栄えたからです。 トウモロコシを栽培することで、人間は信頼できる食料源を得て、トウモロコシは栄養豊富な環境で定期的にかれました。
しかし、急速に変化する気候は「その関係をわずかに悪化させています」とキスラーは説明します。 「したがって、生物多様性の観点から、そして食料生産システムが変化する高レベルの気候特性にひどく反応し始めたときに適応性がどこから来るのかを考えることがさらに重要です。」
