Приручение. 10 биологических видов, изменивших мир - Элис Робертс Страница 20

Продолжительная и запутанная история окультуривания пшеницы больше похожа на сюжет любовного романа. Двое потенциальных партнеров – в данном случае вид Homo и вид Triticum – встречаются. Судьба свела их вместе, хотя знакомство могло бы никогда не состояться. Но это столкновение пробудило нечто, дремавшее в каждом из партнеров. И вот они начинают танец. Они растут вместе. Человеческая культура изменяется, подстраиваясь под существование Triticum; пшеница эволюционирует, чтобы стать еще более привлекательной для людей.

Однако на деле история этого союза чуть более сложна. Прежде всего речь идет не об одном типе пшеницы. В современной ботанике до сих пор различают три крупные группы, которые когда-то выделил Николай Вавилов на основе различия в количестве хромосом. Более того, современная генетика помогла человеку понять сложные взаимоотношения между этими группами.

Так, пшеница однозернянка, как дикорастущая, так и культурная, принадлежит к видам с простым двойным набором хромосом: их всего семь пар. На языке генетики такой организм именуется диплоидным (кстати, и мы с вами тоже диплоидные). В определенный момент в далеком прошлом у одной из разновидностей однозернянки набор хромосом удвоился. Это происходит время от времени, в основном в результате ошибки при делении клетки. Клетка удваивает набор хромосом, но по какой-то причине не делится на две самостоятельные клетки и так и существует одна с двойным набором хромосом. В результате такого удвоения хромосомного набора в древности появилась тетраплоидная пшеница, обладающая четырнадцатью парами хромосом (или семью парами хромосомных пар). Тетраплоидные древние дикорастущие предшественники пшеницы двузернянки и твердой пшеницы появились приблизительно 500 000–150 000 лет назад, задолго до неолитической революции.

Затем произошло скрещивание культурной пшеницы двузернянки (тетраплоидной) и дикого эгилопса (диплоидного), плодом которого стала разновидность пшеницы с двадцать одной парой хромосом, то есть с тройным набором хромосомных пар – гексаплоидный организм. По оценкам, гибридизация произошла около 10 000 лет назад, и ее плодом стал вид Triticum aestivum – пшеница мягкая, или летняя.

Зачем одному растению удвоенный набор хромосом? Ведь большинство организмов прекрасно обходятся двумя наборами. Кажется, что четыре это уже слишком. А шесть наборов – это просто расточительство. Но полиплоидность, то есть присутствие нескольких наборов хромосом, наблюдается у многих растений, и ни одно из них не страдает из-за этой особенности. На самом деле она даже дает некоторые преимущества. Наличие дополнительных генов означает, что если один из генов подвергнется мутации, то другой сможет «занять его место» и выполнить соответствующую функцию. Более того, мутировавший ген может получить новую, необычную роль в рамках генома. Сочетание генетического материала из различных источников – как это произошло при скрещивании пшеницы двузернянки и эгилопса – может способствовать укреплению гибрида благодаря совместной работе новых комбинаций генов, даже без новых мутаций. Помимо этого, полиплоидность часто связана с увеличением размера клеток растений, что, в свою очередь, приводит к росту размера семян и улучшению урожайности. Однако не все так прекрасно, и полиплоидные организмы тоже сталкиваются с проблемами. Так, например, усложняется процесс размножения, ведь приходится распределять все многочисленные хромосомы. Это может создать проблемы для развития зародыша, иногда даже приводящие к его гибели. Но, по крайней мере, у мягкой пшеницы развитие гексаплоидности в конце концов определенно пошло растению на пользу.

В частности, урожайность мягкой пшеницы повысилась благодаря одной мутации, придавшей необычную форму пшеничному колосу. У древних предшественников этого вида колосья плоские, а вторичные колоски расположены последовательно по сторонам от центральной оси. Но у мягкой пшеницы одна-единственная полезная мутация вызвала изменение формы: колос имеет квадратную форму с расположенными плотно друг к другу вторичными колосками – эта классическая форма колоса делает пшеницу легко узнаваемой среди остальных злаков. Вероятно, гибрид полбы и эгилопса, известный нам как мягкая пшеница, Triticum aestivum, сразу же показал свою урожайность, чем привлек внимание ранних земледельцев.

Итак, пшеница и человек заключили союз, который длится уже многие тысячелетия и со временем лишь крепнет. Но с чего все началось? В какой точке на бескрайних просторах Плодородного полумесяца впервые появился каждый из этих злаков, а именно пшеница однозернянка, пшеница двузернянка и мягкая пшеница?

В течение двух столетий Ближний Восток оставался Меккой для археологов, и одной из целей экспедиций было установление географической родины базовых культур неолита. Но даже с появлением новой дисциплины археоботаники, с ее особым подходом к отдельным видам растений (который Николай Вавилов, несомненно, одобрил бы), точный источник происхождения культур был не совсем точно и ясно определен, по крайней мере до недавнего времени.

Плодородный полумесяц представляет собой обширную область, охватывающую часть территории современных Израиля, Иордании, Ливана, Сирии, Турции, Ирана и Ирака. Как мы уже видели, во время археологических раскопок в данном регионе находят семена злаков, первоначально дикорастущих, а позже замещенных культурными разновидностями. Помимо этого, здесь пересекаются зоны распространения отдельных видов дикорастущих пшеницы, ячменя и ржи. Однако речь идет о действительно огромной территории. В свое время Николай Вавилов уделял внимание каждому виду, тщательно записывая и собирая образцы культурных и дикорастущих разновидностей и используя данные для определения родины каждого из них. Какое-то время генетика и археология, казалось, шли нога в ногу.

Великий австралийский археолог Гордон Чайлд, светило Лондонского института археологии, рассматривал возникновение земледелия как важное качественное изменение в истории человечества. В 1923 году ученый ввел термин «неолитическая революция». Переход от охоты и собирательства к земледелию был подобен смене политического режима. Старые порядки были свергнуты. Новая волна прокатилась по Месопотамии и Леванту, сметая все на своем пути. Все получилось великолепно: как из творческого центра распространяются идеи, так из центров одомашнивания появлялись новые виды. Комплекс характерных признаков неолита, выделяемых археологами, включая все базовые культуры, точно совпадал с вавиловскими «Центрами происхождения». По всей видимости, на северной дуге Плодородного полумесяца и находился очаг революции, полностью изменившей мир. Элитная группа протоземледельцев на Ближнем Востоке осмелилась приручить природу, а затем их быстро растущее население заняло окружающие земли, распространив, таким образом, новые идеи.

От подсчета числа хромосом, как это делал Николай Вавилов, генетики перешли к декодированию ДНК. К началу 1990-х годов технология развилась настолько, что ученые могли исследовать несколько сходных сегментов ДНК различных растений и сравнивать последовательность нуклеотидов в них. Данная методика более эффективна, чем изучение отдельной небольшой области генома. Итак, ученые исследовали ДНК дикорастущих и культурных разновидностей пшеницы однозернянки и обнаружили, что все культурные сорта этого вида пшеницы располагаются на стройном генеалогическом древе с единственным корнем. Создавалось впечатление, что все разновидности пшеницы однозернянки произошли от одной конкретной популяции растений. ДНК культурной однозернянки наиболее полно совпадала с ДНК ее дикорастущих разновидностей, что встречаются у подножия Караджадага на юго-востоке Турции. По результатам этого анализа, казалось, было установлено значительное сходство видов пшеницы, обладающих двумя наборами хромосом, к которым относится и пшеница двузернянка. У этих растений также прослеживался общий источник, который тоже, вероятно, располагался у склонов Караджадага. Общая родина обнаружилась и у разновидностей ячменя, на этот раз – в долине реки Иордан. Молекулярная генетика, молодая наука, вступила в спор об источнике происхождения окультуренных растений – и разрешила его. Результаты исследований (в ходе которых изучали молекулы, а не кучи мусора), дававшие некую уверенность, которую никогда не могла подарить археология, и достойные публикации в научных журналах с наиболее обширной аудиторией, казалось, поставили точку в этом вопросе.