Nowe badanie wykazało, że rodzimy gatunek ziemniaka został przywieziony do południowego Utah przez tubylców w zamierzchłej przeszłości, co wydłuża listę gatunków roślin o znaczeniu kulturowym, które udomowiły kultury w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych jeszcze przed kontaktem z ludźmi

Zespół badawczy pod przewodnictwem Red Butte Garden i Natural History Museum of Utah (NHMU) na Uniwersytecie w Utah wykorzystał analizę genetyczną, aby odkryć, w jaki sposób i gdzie bulwy ziemniaka odmiany Four Corners (Solanum jamesii) zbierano, transportowano i handlowano nimi na całym płaskowyżu Kolorado. Odkrycia potwierdzają twierdzenie, że bulwa jest „zaginioną siostrą”, dołączając do kukurydzy, fasoli i dyni — powszechnie znanych jako trzy siostry — jako podstawowy składnik upraw pomysłowo uprawianych na suchym krajobrazie.

„Transport jest jednym z pierwszych, kluczowych etapów udomowienia rodzimych roślin w celu uprawy” – powiedziała dr Lisbeth Louderback, kurator archeologii w NHMU, adiunkt antropologii na U i współautorka badania. „Udomowienie może rozpocząć się od zbierania i ponownego sadzenia propagulas w nowej lokalizacji”.

Autorzy zebrali próbki DNA z współczesnych populacji ziemniaków Four Corners w pobliżu stanowisk archeologicznych i z populacji niearcheologicznych w naturalnym zasięgu występowania ziemniaka w Mogollon Rim w środkowej Arizonie i Nowym Meksyku. Wyniki wskazują, że ziemniak był transportowany i uprawiany, prawdopodobnie przez przodków współczesnych plemion Pueblo (Hopi, Zuni, Tewa, Zia), Diné, Southern Paiute i Apache.

„Ziemniak Four Corners, podobnie jak kukurydza, kakao i agawa, odzwierciedla znaczący wpływ człowieka na różnorodność roślin w krajobrazie na przestrzeni tysiącleci” — powiedział dr Bruce Pavlik, były dyrektor ds. ochrony przyrody w Red Butte Garden i główny autor badania.

Artykuł opublikowano 12 lipca 2024 r. w czasopiśmie American Journal of Botany.

S.jamesii ma dwukrotnie większą zawartość białka, wapnia, magnezu i żelaza niż organiczny czerwony ziemniak, a pojedyncza bulwa może wyrosnąć do 600 małych bulw w ciągu zaledwie czterech miesięcy. Pożywny plon byłby wysoko cenionym przedmiotem handlowym i kluczowym w chudych miesiącach zimowych. Podczas gdy unikalna dystrybucja ziemniaka Four Corners była zaskoczeniem dla naukowców i badaczy, lokalni członkowie plemienia podejrzewali to od samego początku.

„Południowy zachód był ważnym, pomijanym drugorzędnym regionem udomowienia. Starożytni tubylcy byli wysoce wykwalifikowanymi rolnikami, dostrojonymi do swojego regionalnego środowiska ekologicznego, którzy prowadzili rozległy handel i uprawiali rośliny w wielu różnych środowiskach” — powiedziała Wendy Hodgson, kuratorka herbarium i botanik badawczy w Desert Botanical Garden. „Takie badania podkreślają potrzebę uczenia się z perspektywy tubylców, raportów etnograficznych i postrzegania krajobrazów i niektórych gatunków roślin z perspektywy kulturowej, a nie „naturalnej”.

Zaginiona siostra

Region Mogollon Rim obejmuje południowo-centralną Arizonę, rozciągając się na wschód i północ w Góry Mogollon w Nowym Meksyku. Poszarpane wapienne i piaskowcowe klify rozbijają sosny żółte, sosny i jałowce rozsiane po wysokogórskim terenie. S.jamesii jest szeroko rozpowszechniony w Rim — rośliny te dobrze rosną w lasach iglastych, a pod jednym baldachimem sosny pinyon mogą rosnąć tysiące małych bulw. Te „niearcheologiczne” populacje nie mają związku z artefaktami, rosną do dość dużych rozmiarów i są stale rozprzestrzenione w całym siedlisku.

Natomiast „populacje archeologiczne” ziemniaka występują w promieniu 300 metrów od starożytnych miejsc zamieszkania i są zazwyczaj mniejsze niż w centralnym rozmieszczeniu gatunku. Rzadkie, odizolowane populacje na płaskowyżu Kolorado wykazują skład genetyczny wyjaśniony jedynie przez ludzkie zbieractwo i transport.

„Plemiona regionu Four Corners pielęgnowały związek z różnorodnością biologiczną żywności i krajobrazu od niepamiętnych czasów” — powiedział Alastair Lee Bitsóí (Diné), dziennikarz Navajo, który uprawia i relacjonuje ziemniaki Four Corners. „Uprawiałem ziemniaki z Bears Ears, Grand Staircase i Mesa Verde na farmie mojej rodziny w Navajo Nation, a z nich narodziło się nowe pokolenie. Podobnie jak przodkowie, jestem agentem rozprzestrzeniającym je w zakresie transportu i uprawy”.

Aby rozmnażać się płciowo — to znaczy, aby tworzyć żywotne nasiona — kwiaty muszą otrzymywać pyłek z innej rośliny o określonych, zgodnych czynnikach genetycznych. Bez odpowiedniego towarzysza rośliny będą klonować się same, wyrastając z podziemnych łodyg, aby stworzyć genetycznie identyczną roślinę potomną. Jej zdolność klonowania pozwala S.jamesii przetrwać nawet w warunkach dalekich od idealnych. Zapewnia również znak genetyczny oznaczający miejsce pochodzenia każdej populacji. Ten znak jest powszechny u ziemniaków przenoszonych do miejsc, w których jest niewiele innych osobników i utrzymuje się przez setki pokoleń.

Naukowcy zebrali próbki DNA z 682 pojedynczych roślin z 25 populacji ziemniaka Four Corner — 14 populacji znajdowało się w pobliżu stanowisk archeologicznych, a 11 z obszarów niearcheologicznych w jego naturalnym zasięgu. Wyniki pokazały, że najbardziej zróżnicowane genetycznie populacje S.jamesii były skoncentrowane wokół Mogollon Rim. Z drugiej strony populacje ze stanowisk archeologicznych wykazywały zmniejszoną różnorodność genetyczną, ponieważ transportowane bulwy mogły zawierać tylko ułamek dostępnych genów.

Śledzenie pochodzenia populacji archeologicznych

Autorzy odkryli, że populacje S.jamesii w Escalante Valley w południowym Utah mają dwa różne źródła — jedno bezpośrednio z regionu Mogollon Rim, a drugie związane z Bears Ears, Mesa Verde i El Morro. Te stanowiska archeologiczne tworzą korytarz genetyczny sugerujący, że starożytni ludzie transportowali bulwy z północy na południe na północ transportu bulw.

Pomimo bliskości geograficznej, cztery populacje archeologiczne wokół Escalante Valley wykazują odrębne pochodzenie. Podpisy genetyczne mogą wskazywać, że ludzie transportowali ziemniaki do nowych lokalizacji wielokrotnie w odległej przeszłości, zgodnie ze schematem prawdopodobnie odpowiadającym starożytnym szlakom handlowym.

Mapa pokazująca strukturę genetyczną według pochodzenia. Każdy słupek przedstawia skład genetyczny danej populacji ziemniaka i pokazuje, skąd pochodzą geny.Pavlik Et. Al. AMJBotany (2024)

„Ziemniak dołącza do dużego zbioru towarów, którymi handlowano w tym rozległym krajobrazie kulturowym” – powiedział Louderback. „Przez tysiąclecia mieszkańcy południowego zachodu uczestniczyli w sieciach społecznych, migracjach i szlakach handlowych w regionie”.

Jasne jest, że gatunek ten został przetransportowany i uprawiany daleko od centrum jego naturalnego występowania. Naukowcy z USDA Potato Gene Bank od dziesięcioleci badają genetykę ziemniaka Four Corner i byli zaintrygowani różnorodnością wzorców genetycznych wzdłuż zasięgu geograficznego.

„Zastanawialiśmy się nad wzorcami rozmieszczenia różnorodności genetycznej Solanum jamesii„, powiedział dr Alfonso del Rio, genetyk roślin z University of Wisconsin-Madison i US Department of Agriculture Potato Genebank oraz współautor badania. „Nie było dla nas jasne, że ludzie zmienili jego zasięg, ale teraz mamy dowody potwierdzające właśnie to”.

Naukowcy interpretują transport ziemniaka Four Corners jako wczesny etap udomowienia, planują jednak przeanalizować konkretne sekwencje genów, aby dowiedzieć się więcej na ten temat S.jamesii.

„Chcielibyśmy przyjrzeć się konkretnym markerom genetycznym pewnych pożądanych cech, takich jak smak, wielkość bulw i odporność na mróz” – powiedział Pavlik. „Jest całkiem możliwe, że rdzenni mieszkańcy preferowali pewne cechy i w ten sposób próbowali zachęcać do korzystnych genów”.

„Agawa, ziemniak Four Corners i inne udomowione gatunki są doskonałymi kandydatami do uprawy na suchych terenach w czasach, gdy stoimy w obliczu wielu wyzwań, w tym bezpieczeństwa żywnościowego i dostępności zasobów wodnych” — powiedział Hodgson. „Jak pokazują te i inne badania, ochrona i zrozumienie rozmieszczenia oraz ekologicznych i kulturowych ról tych roślin wymaga interdyscyplinarnej współpracy między botanikami, archeologami, agencjami federalnymi i rdzennymi mieszkańcami”.

Źródło: Natural History Museum of Utah (NHMU). Oryginalny komunikat prasowy tutaj
Okładka: Roślina Solanum jamesii, ziemniak Four Corners. Autor: Tim Lee/NHMU