Il mais è una delle colture più importanti del mondo. Non lo pop semplicemente e lo sgranocchiamo sulla pannocchia; il mais può essere trasformato in farina e sciroppo, viene nutrito con il bestiame, trasformato in etanolo e può persino essere usato per produrre plastica. Tra il 2016 e il 2017, circa un miliardo di tonnellate di mais sono state prodotte in tutto il mondo e il mais produce oltre il sei percento di tutte le calorie degli alimenti per l'uomo.
La storia di questo amido umile ma utile inizia migliaia di anni fa in Messico, con l'addomesticamento di un'erba antica chiamata teosinte. Ma secondo un nuovo studio pubblicato su Science, la traiettoria dell'evoluzione di teosinte nel grano dorato che conosciamo oggi potrebbe essere più complessa di quanto gli scienziati pensassero in precedenza.
L'addomesticamento del mais, secondo la teoria comunemente accettata, è avvenuto nella valle del fiume Balsas nel Messico centro-meridionale. Circa 9000 anni fa, i primi agricoltori di questa regione iniziarono a scegliere tratti favorevoli del teosinte, che sembra molto diverso dal mais moderno e non è particolarmente appetibile; la sua pannocchia è piccola e i suoi pochi chicchi sono circondati da un involucro duro. Ma con l'intervento umano, il teosinte si è evoluto in mais gustoso e tenero, che è stato successivamente portato in altre parti delle Americhe. Al tempo della colonizzazione europea nel 15 ° secolo, il mais era una delle principali fonti alimentari in molte parti della regione.
Logan Kistler, autore principale del nuovo studio e curatore di archeobotanica e archeogenomica presso il Museo Nazionale di Storia Naturale Smithsonian, afferma che secondo questa teoria, il flusso genico da teosinte selvatiche si stava ancora verificando in alcuni mais domestico, ma "in un importante, evolutivo modo importante, il flusso genico si è più o meno fermato nell'antenato comune di tutto il mais. "
Le rivelazioni recenti, tuttavia, hanno spinto Kistler e i suoi colleghi a ripensare questa idea. Nel 2016, due gruppi di ricerca indipendenti hanno analizzato il DNA di pannocchie di mais di 5.000 anni fa provenienti da una grotta in Messico e hanno scoperto che l'antico mais era ancora nel mezzo del processo di addomesticamento. I pannocchie avevano alcuni geni associati al teosinte, che dettavano cose come la dispersione dei semi e la produzione di amido e altri geni caratteristici del mais domestico, come le varianti responsabili dell'eliminazione dell'involucro esterno duro del teosinte.
Questi risultati, secondo Kistler, erano sorprendenti. Quando le pannocchie finirono sul pavimento dell'antica grotta, il mais aveva già viaggiato molto oltre il Messico ed era stato coltivato nell'Amazzonia sudoccidentale per circa 1.500 anni. La storia evolutiva del grano, in altre parole, sembrava aver biforcuto in due percorsi diversi.
"Hai questo paradosso, questa discrepanza, in cui il mais viene continuamente coltivato in alcune parti dell'Amazzonia per migliaia di anni, e poi non ha ancora finito di essere addomesticato nel centro di origine", spiega Kistler. "Per conciliare l'archeologia e la genetica ... abbiamo dovuto pensare a un nuovo modello di domesticazione".
Quindi, Kistler e i suoi colleghi ricercatori hanno deciso di dare un'occhiata più da vicino al DNA del mais, e ciò che hanno scoperto suggerisce che mentre l'addomesticamento del teosinte è effettivamente iniziato in Messico,
Non dovremmo pensare all'addomesticamento del mais come a un evento discreto. Invece, l'evoluzione del grano è stata un processo lungo e contorto, con le fasi finali della sua domesticazione avvenute più di una volta, in più di un luogo.
Il nuovo studio ha analizzato i genomi di oltre 100 varietà di mais moderno, circa 40 delle quali sono state sequenziate dai ricercatori. Il team ha anche esaminato il DNA di 11 piante antiche. Quando hanno mappato le connessioni genetiche tra i campioni, i ricercatori hanno scoperto diversi lignaggi distinti, ognuno con la propria relazione unica con il teosinte. Più significativamente, i risultati hanno rivelato che sebbene l'addomesticamento del mais fosse iniziato con un unico grande pool genetico in Messico, il grano veniva portato altrove prima che il processo di addomesticamento fosse completato.
"Abbiamo trovato nelle prove del genoma che il mais sudamericano in realtà ha avuto origine all'interno di uno di questi lignaggi semi-domestici", afferma Kistler. "Hai avuto queste evoluzioni parallele in corso in diverse parti delle Americhe, con diversi gruppi di persone".
Secondo lo studio, c'è stata una grande ondata di movimento "proto-mais" dal Messico al Sud America. Il mais parzialmente addomesticato sembra essere sbarcato nell'Amazzonia sud-occidentale, che era già un punto caldo per l'addomesticamento di altre piante, tra cui riso, zucca e manioca. Kistler teorizza che il mais sia stato adottato nelle pratiche agricole lì, dando al processo di addomesticamento la possibilità di riprendere da dove era stato interrotto. È possibile, anche se non certo, che il mais in questa nuova posizione si sia evoluto più rapidamente del mais nel centro della domesticazione, il che spiegherebbe perché le pannocchie di 5.000 anni dalla caverna in Messico sembrano essere in una fase intermedia di domesticazione in un momento in cui il mais era già coltivato in Amazzonia.
"La ragione di ciò è che non stai avendo un flusso genico costante dalla popolazione selvaggia ... dove il mais selvatico ai margini del campo contribuirà con un po 'di polline", dice Kistler. "Questo rallenterà l'efficienza della selezione e non sarai altrettanto efficiente nel guidare la selezione per quei tratti".
Dopo l'incubazione nell'Amazzonia sudoccidentale per diverse migliaia di anni, secondo gli autori dello studio, il mais è tornato in movimento, questa volta nell'Amazzonia orientale, dove è cresciuto nel mezzo di un generale sviluppo agricolo che gli archeologi hanno osservato nella regione.
Un'altra scoperta interessante risiede nel fatto che il mais moderno delle Ande e dell'Amazzonia sud-occidentale è strettamente correlato al mais coltivato nel Brasile orientale, che indica un altro movimento verso est. Ciò si allinea alle prove archeologiche - come la diffusione delle tradizioni ceramiche, ad esempio - suggerendo che la gente nelle Americhe iniziò ad espandersi verso est circa 1.000 anni fa, secondo Kistler. Oggi, infatti, le persone che parlano lingue macro-jê vicino alla costa atlantica del Brasile usano una parola indigena amazzonica per "mais".
All'inizio i pezzi di questo puzzle genetico non combaciavano chiaramente. Kistler ha affermato che i dati genomici che lui e i suoi colleghi ricercatori hanno raccolto erano "molto confusi per molto tempo".
"Non siamo riusciti a ricavare la testa o la coda da ciò che stavamo vedendo fino a quando non abbiamo iniziato a parlare con esperti linguistici, paleoecologi e archeologi", spiega. "Quindi ha fatto clic."
Alcune rivelazioni sono avvenute per felice coincidenza. Mentre Kistler presentava una prima versione delle sue scoperte in Brasile l'anno scorso, Flaviane Malaquias Costa, uno studente di dottorato all'Università di San Paolo, era tra il pubblico. Ha sottolineato che la mappa genetica di Kistler presentava una notevole somiglianza con la distribuzione di una parola amazzonica per mais. Successivamente, Jonas Gregorio de Souza e Eduardo Ribeiro, ricercatori dell'Università di Exeter e del Museo di storia naturale, rispettivamente, hanno contribuito a collegare ulteriormente questa tendenza linguistica al paesaggio.
Il lavoro collettivo del team "delinea un modello esplicito in cui il mais ha continuato ad evolversi dopo il suo arrivo in Sud America", afferma Jeffrey Ross-Ibarra, scienziato vegetale presso l'Università della California, Davis, che studia la genetica evolutiva del mais e del teosinte, ma non è stato coinvolto in questo studio. "Pur non essendo una seconda domesticazione in sé, evidenzia che il mais sudamericano ha subito una notevole quantità di adattamento in qualche modo indipendentemente dal mais in Messico."
Per Michael Blake, un antropologo dell'Università della Columbia Britannica la cui ricerca si concentra sulle origini e sulla diffusione dell'agricoltura, il sequenziamento dello studio di nove piante archeologiche è particolarmente emozionante. "Non abbiamo ancora avuto molti buoni contesti [in Sud America] dove possiamo ottenere buoni campioni di mais archeologico che sono datati in modo affidabile e ... abbastanza ben conservati da poter fornire prove genetiche", dice.
Ma Blake nota anche che questi antichi campioni avevano solo circa 1.000 anni, che è "piuttosto tardi nell'evoluzione del mais". Ci sono pochissimi campioni archeologici di mais provenienti dal Sud America risalenti a cinque o seimila anni fa, il che rende difficile per avere un quadro completo del grano portato dal Messico.
"La stessa caratterizzazione genetica potrebbe non dirci molto sulla morfologia [o sulla forma e sulla struttura delle piante] perché non sappiamo esattamente quali siano i legami tra gli aspetti della morfologia e i geni stessi", spiega Blake.
Kistler riconosce che sarebbe "davvero bello" avere prove così vecchie dal Sud America, ma sta anche pensando al futuro. È importante capire come il mais si è adattato ai nuovi ambienti in passato perché il grano continua ad essere una fonte di cibo vitale oggi, afferma Kistler. Ad oggi l'addomesticamento del mais ha avuto un tale successo perché una relazione simbiotica tra l'uomo e la pianta è fiorita per millenni; coltivando mais, gli esseri umani ottennero una fonte di cibo affidabile e il mais veniva regolarmente seminato in un ambiente ricco di nutrienti.
Il nostro clima in rapido mutamento, tuttavia, "sta leggermente migliorando quella relazione", spiega Kistler. "Quindi è ancora più importante pensare in termini di biodiversità e da dove verrà l'adattabilità quando il nostro sistema di produzione alimentare inizierà a rispondere male alle mutevoli caratteristiche climatiche di alto livello".
