Jagung, tanaman yang ditanam di setiap benua kecuali Antartika, kelihatan sangat sedikit seperti nenek moyangnya, rumput liar dengan biji keras yang tumbuh hari ini di barat daya Mexico dan dipanggil teosinte.
Ahli botani telah dibahaskan selama hampir satu abad ke atas asal jagung, percaya pada satu titik bahawa tumbuhan moden itu berasal dari jagung liar yang telah pupus, atau sesuatu yang belum ditemui. Ahli-ahli genetik bagaimanapun, pada akhirnya menentukan pada tahun 1990 bahawa jagung itu berkaitan dengan teosinte yang keras, dan menyimpulkan bahawa tumbuhan, tanaman berair yang kami tahu hari ini adalah bentuk rumput liar. Antara 10, 000 dan 13, 000 tahun yang lalu, saintis menilai, petani telah memilih dan menanam benih dengan ciri-ciri yang baik dan dari masa ke masa kilang itu berubah.
Tetapi dalam kajian yang diterbitkan minggu lalu dalam jurnal Quaternary International, penyelidik Smithsonian Dolores Piperno, ahli arkeobotan yang bekerja di stesen lapangan Institut Penyelidikan Tropika Smithsonian di Gamboa, Panama, berkongsi hipotesis "mesin masa" baru. Di bawah keadaan alam sekitar yang lalu, dia dan rakan-rakannya mengatakan, teosinte kelihatan jauh berbeza daripada hari ini dan lebih menyerupai jagung moden daripada sekarang. Ini mungkin menjelaskan mengapa petani awal memilih untuk memupuknya.
Di bawah keadaan alam sekitar yang lepas, Piperno (membawa teosinte moden) dan rakan-rakannya mengatakan bahawa leluhur era Pleistocene tumbuhan kelihatan jauh berbeza daripada hari ini dan lebih mirip dengan jagung moden. (Matthew Lachniet) "Kita tahu bahawa antara 10, 000 dan 13, 000 tahun yang lalu, " kata Piperno, "apabila para pemburu mula-mula mula mengeksploitasi nenek moyang liar tanaman [hari ini] dan ketika petani pertama sebenarnya mulai menanam tanaman, suhu dan CO2 atmosfera sangat berbeda. "
Piperno bekerja dengan Klaus Winter, yang merancang rumah hijau kaca-mesin masa yang dikekalkan dengan menurunkan paras CO2 dan disimpan pada suhu yang lebih rendah yang serupa dengan zaman Pleistosen dan awal Holocene. Untuk tujuan kawalan rumah hijau lain yang meniru alam sekitar hari ini disusun semula berdekatan. Piperno dan rakan-rakannya kemudian menanam teosinte di kedua-dua dewan.
Semasa mengkaji sejarah fosil jagung dan keadaan alam sekitar yang lalu, Piperno mula tertanya-tanya bagaimana nenek moyang tumbuhan itu kelihatan seperti semasa Pleistosen dan awal Holocene, ketika mereka pertama dituai dan kemudian ditanam. Pada masa itu, suhu adalah 3.5 hingga 5.4 darjah lebih sejuk daripada hari ini, dan CO2 atmosfera berlegar pada tahap sekitar 260 bahagian per juta. Kemudian, semasa Revolusi Perindustrian, CO2 akan naik ke 405 bahagian per bilion hari ini, tahap di mana tumbuhan teosinte yang tinggi, bercabang lama kini tumbuh.
Loji fenotip seperti jagung dari ruang "mesin masa" (A) mempunyai satu rumbai tunggal yang menamatkan batang utama dan telinga wanita muncul di sepanjang batang utama (anak panah). Penutup di sebelah kanan atas adalah penutup dari salah satu telinga wanita. Teosinte moden yang ditanam di dalam ruang kawalan (B) mempunyai banyak cabang cawangan utama yang panjang (contohnya, anak panah putih atas) yang ditamatkan oleh tassels (anak panah hitam). Telinga wanita yang tidak berkembang, boleh dilihat di cawangan sisi sekunder (anak panah putih). (Irene Holst, STRI) Piperno berminat untuk mengkaji bagaimana kenaikan CO2 dan suhu di masa hadapan mungkin mendorong sesuatu yang dipanggil "plastisitas fenotip, " atau perubahan penampilan di dalam tumbuhan sebagai tindak balas kepada persekitarannya. Plastik fenotipik boleh menyebabkan dua organisma identik genetik kelihatan berbeza jika ditanam dalam keadaan yang berasingan.
Dalam "mesin masa, " Piperno dan Klaus tertarik untuk mendapati bahawa tumbuhan teosinte tumbuh lebih mirip dengan jagung yang kita tumbuh dan dimakan hari ini. Walaupun hari ini mempunyai banyak cawangan berjalur dengan telinga yang tumbuh di cawangan menengah, tumbuh-tumbuhan rumah hijau mempunyai batang tunggal utama yang dihiasi oleh jumbai tunggal, serta beberapa cawangan pendek dengan telinga. Biji-bijian juga berbeza: tidak seperti benih teosinte liar, yang matang berturut-turut, semua benih di dalam tumbuhan percubaan matang pada masa yang sama, sama dengan biji jagung, atau benih. Biji teosinte hari ini disertakan dalam bracts vegetatif yang ketat, tetapi mesin masa menghasilkan pokok dengan biji benih yang terdedah.
Menurut Piperno, cawangan yang lebih sedikit, bersama dengan biji-bijian yang mudah dilihat, akan menjadikan tanaman lebih mudah untuk dituai. Ciri-ciri ini yang sebelum ini dianggap berpunca dari pemilihan dan pembentukan manusia-mungkin telah didorong oleh perubahan persekitaran yang menyebabkan plastisitas fenotip.
Di dalam ruang mesin masa, teosinte ditanam dalam keadaan yang mungkin dihadapi 10, 000 tahun yang lalu. (Irene Holst, STRI) Ia kelihatan seperti persekitaran memainkan peranan "penting, jika serendipitous" dalam fokus pada teosinte untuk penanaman, kata Piperno. Ciri-ciri seperti jagung "memberikan petani awal permulaan."
Daniel Sandweiss, seorang profesor Antropologi dan Kuarter dan Pengajian Iklim di Universiti Maine, telah menjalankan penyelidikan yang mendalam mengenai perubahan iklim awal di Amerika Latin. Dia memanggil percubaan Piperno "groundbreaking, " dan berkata dia percaya ia akan "menjadi model untuk keseluruhan siri kajian."
Piperno, Klaus dan pasukannya juga berminat melihat bagaimana kenaikan suhu dan CO2 yang ketara antara era Pleistosen dan Holocene yang lewat mungkin telah mempengaruhi produktiviti tumbuhan, dan dapat membantu menjelaskan sebab yang mungkin mengapa pertanian bermula pada masa itu dan tidak sebelum ini.
Semasa Pleistocene, paras CO2 atmosfera lebih rendah daripada semasa Holocene-sekurang-kurangnya satu pertiga-dan suhu 5 hingga 7 darjah lebih sejuk. Tahap CO2 dan suhu CO2 membatasi faktor pertumbuhan tumbuhan, menyimpulkan Piperno, yang pernah melihat penyelidikan sebelumnya menunjukkan bahawa tumbuh-tumbuhan yang tumbuh di CO2 rendah, persekitaran suhu rendah menghambat fotosintesis dan menurunkan hasil benih.
Nenek moyang liar, teosinte, ditunjukkan berkembang di bawah keadaan moden (ruang di sebelah kiri) dan di bawah masa lalu (ruang di sebelah kanan) keadaan iklim. Saintis Smithsonian Dolores Piperno (kanan) dengan Irene Holst. (Sean Mattson) Keputusan Piperno sendiri menggema pelajaran terdahulu; teosinte juga membentuk lebih banyak biji dalam ruang dengan suhu yang lebih panas dan meningkat C02. Fenomena ini mungkin membuat pertanian, untuk pertama kalinya, amalan mampan untuk memberi makan kepada keluarga. Produktiviti tumbuhan yang meningkat, kata Piperno, menjadikan pertanian menjadi "strategi penyesuaian yang baik".
"Hasilnya mengejutkan, " kata Sandweiss, yang menyatakan bahawa penampilan teosinte mempunyai ahli sains yang lama. Selepas melihat apa yang kelihatan seperti dalam keadaan pertumbuhan Pleistocene, hubungannya dengan jagung mula "lebih masuk akal."
Percubaan Piperno juga boleh membantu ahli sains dan arkeologi memahami proses dan masa pembentukan tanaman di seluruh dunia, kata Sandweiss. Gandum, barli dan beras juga mungkin mengalami perubahan fenotip dan peningkatan produktiviti pada era Pleistosen dan awal Holocene. Menjejaki proses ini mungkin menjelaskan, "seperti yang dijangkakan dengan jagung, mengapa orang memilih spesies tertentu dan bukan yang lain, dan mengapa proses pembawaan berlaku ketika itu."
Piperno merancang untuk meneruskan penyelidikannya dengan menjalankan kajian pemilihan tiruan, tumbuh beberapa generasi tumbuh-tumbuhan untuk memerhatikan warisan fenotip seperti jagung, yang disebabkan. Dia mengatakan bahawa kepekaan phenotypic menjadi bahagian penting dari apa yang disebut para saintis sebagai "sintesis moden yang baru" - memperluaskan bagaimana ahli sains melihat kesan alam sekitar terhadap perubahan evolusi.
"Kami pada asasnya membuka tingkap, " kata Piperno.
