Nowe badanie wykazało, że rodzimy gatunek ziemniaka został przywieziony do południowego Utah przez tubylców w odległej przeszłości, co czyni go kandydatem na jedyny gatunek rośliny o znaczeniu kulturowym, który został udomowiony w południowo-zachodniej części USA

Zespół badaczy pod przewodnictwem Red Butte Garden i Natural History Museum of Utah (NHMU) na University of Utah wykorzystał analizę genetyczną, aby odkryć, jak i gdzie bulwy ziemniaka Four Corners (Solanum jamesii) były zbierane, transportowane i wymieniane 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 gatunku rośliny może rozpocząć się od zebrania 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 ukazał się w Amerykańskie czasopismo botaniczne.

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.

Zaginiona siostra

Region Mogollon Rim obejmuje południowo-środkową 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 na terenach wysokogórskich. S. jamesii jest szeroko rozpowszechniony na 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.

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 podpis 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 Corners — 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 kolei 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 pochodzenie — jedno bezpośrednio z regionu Mogollon Rim, a drugie związane z Bears Ears, Mesa Verde i El Morro. Te stanowiska archeologiczne tworzą korytarz genetyczny, co sugeruje, że starożytni ludzie transportowali bulwy.

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.

„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 był transportowany i uprawiany daleko od centrum naturalnego występowania. Naukowcy z USDA Potato Gene Bank od dziesięcioleci badają genetykę ziemniaka Four Corners 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 wczesne stadia udomowienia. Planują jednak przeanalizować określone sekwencje genów, aby dowiedzieć się więcej o tolerancji S. jamesii na mróz, smaku i zdolności kiełkowania, a także o innych kwestiach, aby zrozumieć, czy ziemniak został rzeczywiście udomowiony.

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