Происхождение культурных растений: новый взгляд на старые проблемы.
Когда, где и как появились культурные растения? На эти вопросы ученые ищут ответы уже два века. За это время появилось множество фактов и гипотез, их так или иначе объясняющих. А за последние полтора десятка лет появился целый набор молекулярных и генетических данных, существенно дополняющих и расширяющих наши знания о культурных растениях. Наиболее любопытные подробности молекулярная генетика раскрыла в самом процессе одомашнивания растений. Стало ясно, что с помощью одной-двух мутаций можно изменить облик дикого растения и получить хозяйственно важные свойства.
В статье «Доместикация злаков Старого Света: поиск новых подходов для решения старой проблемы» специалисты из Новосибирского института цитологии и генетики СО РАН дают широкий обзор гипотез и фактов, касающихся происхождения культурных злаков. Вопросы о происхождении одомашненных сортов и видов не менее полутора сотен лет активно обсуждаются биологами. Неудивительно, ведь тут соединяется и практика селективной работы, и теория эволюционной механики.
Альфонс Декандоль — один из великих ботаников 19-го века — предположил, что культура земледелия зарождалась не на равнинных приречных участках, а в предгорных районах. Полвека спустя экспедиции Н. И. Вавилова доказали это предположение. Именно в предгорных районах многих стран было собрано наибольшее сортовое и видовое разнообразие культурных растений. Древний человек спускался с гор, уже имея при себе семена посевных растений. Серьезный довод в пользу «предгорной» концепции выдвинула в 60-х годах прошлого века Н. И. Синская: организовать участок под посадки и его полив гораздо проще на мелких горных ручьях и речках, чем на паводковых равнинных землях. Земледелие на равнине требует существенного вложения труда в гидротехнические сооружения. Сейчас доказано, что земледелие на равнинах междуречья Тигра и Евфрата, а также на плодородных землях в дельте Нила было вторичным. Это означает, что все виды культурных растений привнесены в эти регионы из других мест.
Н. И. Вавилов определил два центра происхождения (или очага) для зерновых культур Старого Света — пшеницы, ячменя, овса. Это средиземноморский и переднеазиатский районы. Археологические данные обрисовывают район древнейших земледельческих цивилизаций — знаменитый Плодородный полумесяц. Именно к этому району приурочены самые древние археологические находки земледельческих орудий труда и выращиваемых злаков. Согласно радиоуглеродным датировкам, самые древние археоботанические находки открыты в раскопе позднепалеолитической стоянки Ohalo II в Израиле возрастом 19400 лет. Там найдены остатки диких пшениц и ячменя. Самые старые культурые растения (пшеницу и ячмень) археологи нашли в Иордании. Они имеют возраст около 11000 лет. Последние исследования, как экспериментальные, так и археологические, говорят о том, что процесс одомашнивания растений растянулся не меньше, чем на тысячу лет, а скорее всего он шел и того дольше. Ведь первые земледельцы не вели специальной селекции. Раньше считалось, что выведение неопадающих сортов злаков происходило само собой. Созревшие колосья сбрасывали спелые зерна, а земледельцам доставался урожай с повышенным содержанием мутантных растений с неопадавшими колосьями. Эти мутации быстро накапливались, и в конце концов земледельцы получили растения с весьма полезным свойствам — неопадающими спелыми зернами. В действительности древние земледельцы собирали недозревшие колосья с опадающими зернами, оставляя их дозревать уже в копнах. У современных иранских народов происходит нечто подобное, когда при неурожаях они добавляют дикий ячмень к культурному. В этом случае, как легко догадаться, никакой неосознанной селекции не происходит. (Подробнее об этом см. в заметке «Пшеница не сразу окультурилась»).
Центры происхождения культурных растений по Вавилову — это места наибольшего морфологического и сортового разнообразия. Именно в этих местах следует искать потенциальных основателей для новых сортов и отдельных полезных свойств растений. Сейчас показано, что в центре происхождения не обязательно должно быть наибольшее сортовое разнообразие. Мало того, сейчас находят примерно равное число аргументов три концепции происхождения культурных растений: моноцентрическая (все культурные растения из одного центра), полицентрическая (было несколько независимых центров или очагов происхождения земледельческих культур) и диффузная (никаких центров не было вовсе). Авторы статьи полагают, что история народов и ландшафтов до того разнообразна, что все три концепции могут быть отчасти верными. Однако, несмотря на различие в земледельческих и культурных традициях у разных народов, все они в результате создали посевные растения с совершенно определенными признаками: неломким колосом, голозерностью, высокой продуктивностью, коротким периодом цветения и созревания, то есть скороспелые.
Современные исследования геномов злаков — культурных и диких — позволили разгадать тот трюк, который помог древнему земледельцу перекроить дикие растения на свой «вкус». Вот, например, как из двулетних или многолетних злаков получились однолетние? — без этого польза от растений будет невелика, ведь урожай-то нужен каждый год. Оказалось, что достаточно всего лишь одной мутации, но мутации в регуляторном MADS-гене, чтобы сдвинуть время цветения злаков и превратить озимую форму в яровую. Этот ген (vrn1 или vrn2) подавляет считывание информации с ряда генов цветения, так что если его немного «подпортить» вставкой, заменой или вырезанием нуклеотидов, то считывание информации ускорится и в результате сократятся сроки цветения и созревания семян. По той же схеме земледелец получил растения с неломким колосом. Этот признак тоже важен для аграрных культур, так как предотвращает серьезные потери урожая при созревании зерна. Колос диких растений ломается в местах прикрепления цветка-семени к стеблю за счет перерождения ткани стебля в ткань цветка. Перерждение ткани регулируется специальным геном, кстати сказать, действие этого гена имеет множественный эффект, и этот ген также относится к семейству MADS-генов. Даже точечная мутация этого гена, как это показано для пшеницы, останавливает перерождение ткани на месте прикрепления цветка к стеблю, в результате получается неломкий стебель. О происхождении аналогичного признака — неосыпаемого колоса — у риса рассказано в заметке «Чтобы дикий рис превратился в культурный, хватило единственной мутации».
Появление в культуре кукурузы, которая берет начало от своего дикого предшественника теосинте, также связано с мутацией регуляторного гена. Теосинте отличается от кукурузы длинными пазушными побегами. Останавливает их рост специальный белок, кодируемый геном tb1. Ключевым моментом в превращении теосинте в кукурузу стала мутация в регуляторной части этого гена, а не белоккодирующей.
Таким образом, мы можем видеть, как могли «внезапно» объявиться важные хозяйственные признаки возделываемых растений. Для этого достаточно единичных мутаций в регуляторных генах. Эти регуляторные гены попросту переключают одну программу развития на другую, и в результате у растения меняется целый комплекс признаков, в числе которых и нужные для эффективного земледелия.
Растения-переселенцы
Испокон веков человек связан с природой неразрывными узами,
его окружает богатый и разнообразный мир растений, обусловивший саму возможность
существования его на Земле, дававший ему пищу, одежду и кров. За долгий период
человеческой цивилизации из числа наиболее полезных для него растений образовалась
группа так называемых культурных растений, которая в настоящее время насчитывает
около 1500 наименований. Многие из них являются жизненно необходимыми для всего
населения земного шара, они сопутствуют нам в повседневной жизни, и потому кажутся
совсем обычными. Мы не задумываемся, откуда родом пшеница и рожь, свекла и капуста,
арбуз и огурец и как давно они возделываются человеком. Оказывается, что родина
многих культурных растений находится далеко за пределами нашей страны. История
их переселения связана с интереснейшими историческими событиями, сухопутными
и морскими путешествиями, и в первую очередь с эпохой великих географических
открытий. Узнавая родину того или иного растения, мы одновременно знакомимся
с природой той страны, ее культурным прошлым, лучше понимаем необходимость охраны
богатства всего растительного мира, включающего и те растения, полезные свойства
которых еще не известны человеку. Наконец, процесс познания естественных условий
произрастания того или иного культурного растения помогает любителю-садоводу
при его возделывании.
Введение в культуру, «одомашнивание» диких предков современных культурных растений,
началось в глубокой древности. Еще в каменном веке человек стал использовать
съедобные плоды, семена, корневища, а с развитием земледелия, которое у разных
народов насчитывает от 7 до 10 тысячелетий, появились и первые культурные растения.
Вероятнее всего, ими были хлебные злаки, пшеница и ячмень, возделываемые человеком
уже более 6 тысячелетий. Именно поэтому профессия земледельца по праву считается
древнейшей и почетнейшей. Культура пшеницы и ячменя была известна народам древних
государств в Междуречье Тигра и Евфрата, Ассирии, Вавилонии и Персии, несколько
позднее она распространилась в Сирию, Палестину и Египет.
Благодаря экспедициям выдающегося отечественного ученого, академика Николая
Ивановича Вавилова в страны Азии, Африки, Центральной и Южной Америки было научно
обосновано существование семи крупных центров, или очагов, происхождения культурных
растений. Установлено, что из Передней Азии произошли не только пшеница и ячмень,
но и рожь и овес, которые возделываются человеком уже около 3—4 тысячелетий.
В Юго-Восточной Азии древнейшими центрами происхождения растений являются Индия
и Китай. Так, культура риса, почти столь же древняя, как пшеница и ячмень, возникла
в Южной Индии. Отсюда произошли и такие ценные овощные культуры, как баклажаны
и огурцы. А вот родиной проса, гречихи, сои и плодового дерева хурма является
Китай. Интересно, что в Китае почти за 2500 лет до н. э. возникла культура чая,
который в естественных условиях произрастает в горных районах Гималаев и Индокитая.
Первоначально чай использовался как лекарственное растение. В Европу он был
завезен из Восточной Азии в XV— XVII веках португальцами. В Россию его впервые
привез из Монголии в 1638 году посол Старостин. Долгое время к нам чай возили
из Китая длинными караванными путями через Монголию и Сибирь.
В Новом Свете древние центры происхождения культурных растений находятся в Мексике
и Перу, и связаны они с цивилизациями коренного индейского населения этих стран,
ацтеков и инков. Из Мексики помимо всемирно известной сейчас кукурузы (маис)
произошли фасоль, подсолнечник, тыква и очень молодая для нашей страны, и пока
еще редкая культура клубневого растения топинамбур (земляная груша), родственного
подсолнечнику.
Из Южной Америки произошли многие ценные плодовые растения, но так как большинство
из них очень теплолюбивы, то переселиться они могли лишь в тропические и субтропические
страны. Важнейшим среди них, бесспорно, является дерево какао, или шоколадное
дерево, из семян которого американские индейцы издавна изготавливали взбитый
напиток «чокалотль», отсюда и название «шоколад» на всех европейских языках.
В прохладном высокогорном климате Анд перуанские инки еще в глубокой древности
умели выращивать картофель на больших высотах (3000—4000 м). Таким образом,
одно из самых популярных и любимых в нашей стране культурных растений произошло
из наиболее удаленных областей Южного полушария. Если вспомнить, что картофель
культивируется в России (да и в других европейских странах) менее 400 лет, то,
естественно, встает вопрос, какие же овощи заменяли картофель до его переселения?
Оказалось, что в древние и средние века репа играла в питании людей ту же роль,
которую сейчас играет картофель. Интересно, что в Древней Греции культура репы
по значению стояла на третьем месте после хлебных злаков и винограда.
Конечно, все ныне широко культивируемые растения-переселенцы очень сильно отличаются
от своих далеких предков. Путем постоянного и длительного отбора экземпляров
с более крупными плодами, семенами и корневищами человек все время улучшал полезные
свойства растений. Позднее он научился скрещивать родственные виды для получения
культурных растений с еще более ценными свойствами. Так возник, например, не
существующий в природе новый вид земляники крупноплодной (клубники), известной
в культуре всего около 200 лет.
Большинство культивируемых сейчас растений в диком состоянии уже не известны,
и поэтому иногда бывает трудно назвать родину некоторых видов и ответить па
вопрос, откуда они переселились. В этом случае помогает знание области распространения
их ближайших дикорастущих родичей, от которых они, вероятнее всего, могли произойти.
Так, например, и белокочанная, и цветная, и брюссельская, и другая капуста известны
только и культуре, а произошли они, вероятно, от листовой капусты, растущей
в Средиземноморье и возделывавшейся еще в Древней Греции и Египте.
В комплекте открыток мы расскажем лишь о немногих наиболее известных и распространенных
растениях-переселенцах. Издание адресовано широкому кругу читателей.
М. А. ЛАБУНЦОВА,
кандидат биологических наук
 | КУКУРУЗА (МАИС) Сейчас просто трудно представить наши южные поля без Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 | РИС ПОСЕВНОЙ Рис по питательности считается наиболее ценным хлебным Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 |
КАРТОФЕЛЬ ОБЫКНОВЕННЫЙ Несмотря на необыкновенную популярность картофеля, Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 | ПОДСОЛНЕЧНИК ОДНОЛЕТНИЙ, МАСЛИЧНЫЙ Подсолнечник растет во многих районах Советского Союза. Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 |
СВЕКЛА ОБЫКНОВЕННАЯ Свекла — древний овощ, как полагают, родом из Средиземноморья Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 | ОГУРЕЦ ПОСЕВНОЙ Огурец — травянистое растение из семейства тыквенных, Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 | ПОМИДОР, ИЛИ ТОМАТ КУЛЬТУРНЫЙ Помидор — популярнейший овощ. Родина предков обыкновенных Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 | ШПИНАТ ОГОРОДНЫЙ Шпинат — очень полезное скороспелое однолетнее растение. Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 | СПАРЖА АПТЕЧНАЯ Это овощное растение огородникам известно давно, хотя Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 | АРБУЗ Родина арбуза — Южная Африка, где и сейчас в Калахари Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 |
ДЫНЯ ОБЫКНОВЕННАЯ, ИЛИ СТОЛОВАЯ Дыня «приручена» давно. Ее история уходит в глубь веков. Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 |
ЗЕМЛЯНИКА КРУПНОПЛОДНАЯ Всем известна земляника крупноплодная, часто неправильно Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 | ГРЕЦКИЙ ОРЕХ Латинское название этого растения в переводе означает Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 | АРАХИС, ИЛИ ЗЕМЛЯНОЙ ОРЕХ Арахис — ценнейшая масличная культура. По вкусу он Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
 | БЕЛАЯ АКАЦИЯ (РОБИНИЯ ЛЖЕАКАЦИЯ) Во время цветения юг нашей страны благоухает пряным Художник А. В. Жомков ОТПРАВЛЯТЬ ПО ПОЧТЕ ТОЛЬКО В КОНВЕРТЕ |
