مردم باستان برای اهلی کردن محصولاتی مانند برنج و ذرت به تنوع ژنتیکی موجود در گیاهان وحشی متکی بودند.

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

Oryza rufipogon یک علف وحشی معمولی است که امروزه در بخش هایی از چین، هند و آسیای جنوب شرقی یافت می شود. بیش از 8000 سال پیش، مردم ساکن دره یانگ تسه پایین شروع به کشت آن کردند.

مانند هر علف وحشی دیگری، O. rufipogon دانه های خود را هنگامی که برای تکثیر گیاهان جدید آماده می شود، روی زمین رها می کند. شاید در ابتدا به طور ناخواسته، مردم گیاهان منفرد کمیابی را انتخاب کردند که قادر به رهاسازی دانه‌هایشان نبودند، حالت ایستاده داشتند و ویژگی‌های دیگری داشتند که برداشت دانه‌هایشان را برای غذا آسان‌تر می‌کرد.

با گذشت زمان، مردم ترکیبی از ویژگی‌ها را در علف‌های پرورش‌یافته گرد هم آوردند که آنها را از اجداد وحشی خود متمایز می‌کرد - یک عمل اصلاح ژنتیکی از طریق اصلاح نژاد انتخابی که مدت‌ها قبل از ایجاد ژنتیک بود. محصولی که آنها ایجاد کردند امروزه به عنوان زیرگونه Oryza sativa japonica یا برنج اهلی آسیایی شناخته می شود.

این نمونه ای از این است که چگونه، در حدود پایان آخرین عصر یخبندان 11700 سال پیش، مردم در سراسر جهان به طور مستقل شروع به هدایت تکامل محصولات محلی کردند. این روند پیامدهای گسترده ای داشت.

از چینامپاها - باغ‌های ذرت یا ذرت شناور - آزتک‌ها در میان آمریکا تا شالیزارهای برنج در آسیای شرقی تا مزارع گندم در هلال حاصلخیز در جنوب غربی آسیا، محصولات اهلی‌شده از استقرار جمعیت‌های ثابت و بزرگ از طریق نیروی کار انبوه و مازاد غذا حمایت کردند و راه را برای ظهور جوامع مدرن هموار کردند. اهلی کردن محصولات کشاورزی می تواند ادعا کند که یکی از مهم ترین پیشرفت های تکنولوژیک در تاریخ بشر است.

جدای از تأثیرات اجتماعی، اهلی‌سازی یک فرآیند تکاملی منحصربه‌فرد است که توسط گونه‌های اهلی-مانند انسان- هدایت می‌شود که بر موفقیت تولیدمثلی گونه‌های اهلی‌شده مانند برنج کنترل می‌کنند. بنابراین محصولات اهلی سیستم های قدرتمندی برای مطالعه سازگاری سریع و اخیر هستند.

من یک زیست شناس تکاملی هستم که در آزمایشگاه مایکل پورگانان در دانشگاه نیویورک مستقر است، جایی که ما از ژنومیک برای مطالعه فرآیندهای اهلی شدن برنج و پراکندگی بعدی آن استفاده می کنیم. ما به این موضوع علاقه مندیم که چه زمانی و چگونه این محصول از مرکز اهلی شدن خود در منطقه یانگ تسه پایین در چین امروزی پخش شد و چه تغییرات ژنتیکی باعث اهلی شدن و سازگاری با محیط های جدید شد.

واضح است که اهلی شدن محصول مستلزم تغییرات ژنتیکی است. اما چقدر تغییر ژنتیکی باعث اهلی شدن کامل می شود؟ آیا تعداد کمی تغییرات چشمگیر در ژن های کلیدی یا صدها تغییر کوچک در ژنوم وجود دارد؟

محققان تغییرات ژنتیکی کلیدی و تاثیرگذار را در چندین محصول شناسایی کرده اند. به عنوان مثال، جهش در ژن‌های SH4 و qSH3 باعث می‌شود که برنج اهلی توانایی «شکستن» را از دست بدهد، یعنی دانه‌هایش را روی زمین رها کند. مطالعات جدیدتر نشان می‌دهد که تغییرات متعدد در سطح ژنوم، نه تنها چند جهش در ژن‌های منفرد، برای اهلی‌سازی و تنوع محصولات مهم هستند. با این وجود، جهش‌های شناخته شده مرتبط با اهلی‌سازی راهی برای مطالعه تاریخچه صفاتی مانند عدم شکستن، تحمل سرما و زمان صرف شده برای تولید گل یا دانه فراهم می‌کند.

من و همکارانم به طور خاص به مجموعه ای از سوالات مربوط به جدول زمانی یا سرعت اهلی شدن و بعدا گسترش جغرافیایی برنج علاقه مند بودیم. آیا ویژگی‌هایی که مردم برایشان ارزش قائل هستند - و جهش‌های زیربنایی آنها - قبلا در طبیعت وجود داشتند؟ یا اینکه آنها تحت انتخاب انسان با کشت این گیاهان به وجود آمدند؟ آیا اهلی‌سازی فرآیندی سریع بود یا طی هزاران سال اتفاق افتاد؟

این سوالات برای درک فرآیند اهلی سازی اساسی هستند. آنها ممکن است به ما در درک نقش های نسبی انتخاب های عمدی انسان و انتخاب ناخودآگاه در این فرآیند کمک کنند. به عبارت دیگر، آیا مردم عمدا مطلوب ترین گیاهان را برای پرورش می چینند؟ یا چیزی در مورد رشد در محیط های تغییر یافته توسط انسان وجود داشت که به آرامی و سهوا – حداقل در ابتدا – منجر به افزایش فراوانی صفات خاص شد؟

پیشرفت‌های روش‌شناختی جدید در دهه گذشته به دانشمندان کمک می‌کند تا سن جهش‌ها را تخمین بزنند و چگونگی تغییر فراوانی آنها در یک جمعیت را در طول زمان بازسازی کنند.

تمام گیاهان برنجی که ما از سراسر آسیای شرقی، جنوبی و جنوب شرقی نمونه برداری کرده ایم به یکدیگر مرتبط هستند. فرآیندی به نام نوترکیبی، ژنوم‌های والدین را در طول تولیدمثل جنسی به هم می‌ریزد. هر ناحیه به هم ریخته ژنوم – یا بلوک ژنومی – که از طریق این فرآیند تولید می‌شود، تاریخ تبارشناسی خاص خود را دارد.

اکنون محققان می‌توانند تخمین بزنند که دو فرد در هر بلوک چقدر از زمان دور شده‌اند و بر اساس تعداد تفاوت‌هایی که بین آنها انباشته شده و میزان جهش شناخته شده در برنج وجود دارد. ما ممکن است روابط بین افراد را در یک بلوک ژنومی به عنوان یک درخت نشان دهیم، با گره هایی که نشان دهنده اجداد مشترک و طول شاخه ها نشان دهنده زمان هستند. اگر شاخه های درخت حاوی یک جهش مورد علاقه بسیار صاف به نظر می رسند، احتمالا نشان دهنده افزایش سریع اخیر در فراوانی جهش است.

در غیاب سفر در زمان یا DNA باستانی به خوبی حفظ شده برای بسیاری از محصولات، این روش‌ها راهی برای مطالعه تاریخچه جهش‌های زیربنایی ویژگی‌های عمده کشاورزی، به‌ویژه ویژگی‌هایی مانند تحمل سرما که نمی‌توان از بقایای باستان‌شناسی به‌دست آورد، فراهم می‌کند.

من و همکارانم در شناخت این پتانسیل تنها نبودیم: در سال 2025، مطالعات روی ذرت و لوبیا آزوکی، در کنار مطالعه خودمان بر روی برنج ژاپنی، نشان داد که جهش‌های مرتبط با صفات اهلی‌سازی اغلب در جمعیت‌های اجدادی وحشی یا از پیش اهلی‌شده در فرکانس‌های پایین وجود دارد. آنها در طول هزاران سال پس از اینکه مردم شروع به کشت محصولات کردند، به فرکانس های بالایی رسیدند.

در طول اهلی کردن ذرت، یک جهش واحد در ژن tga1 منجر به دانه‌های در معرض دید، متمایز از نمای بیرونی سنگی محصول اجداد وحشی شد. دانشمندان این فرضیه را مطرح کرده بودند که هسته های در معرض دید در طول اهلی شدن ظاهر می شوند. آنها تصور می کردند که این ویژگی در طبیعت زنده نمی ماند زیرا باعث می شد محصولات در برابر آفات و شکارچیان آسیب پذیر شوند. با این حال، مطالعه سال 2025 نشان داد که قدمت این جهش به بیش از 40000 سال پیش باز می‌گردد، یعنی بسیار قبل از اهلی شدن ذرت در حدود 9000 سال پیش.

مطالعه لوبیا آزوکی نشان داد که دو جهش مرتبط با صفت اهلی‌سازی رنگ پوسته بذر و یکی مرتبط با خرد شدن غلاف هزاران سال زودتر از منشاء گونه‌های اهلی شده شروع به افزایش فراوانی کردند، که به معنی دوره طولانی کشت و احتمالا انتخاب ناخودآگاه قبل از ظهور واریته‌های کاملا اهلی‌شده است.

در مطالعه خود بر روی برنج ژاپنی، بیش از 70 جهش کلیدی مرتبط با اهلی شدن و سازگاری محلی بعدی را بررسی کردیم. ما دریافتیم که یک جهش در ژن qSH3 زیربنای دانه‌های متلاشی‌نشدنی احتمالا در اجداد وحشی وجود داشته و در طی یک دوره بیش از 2000 سال، از حدود 9000 سال پیش، افزایش یافته است. مسیر فرکانس دقیقا با افزایش فراوانی صفت غیرشکنی مشاهده شده در بقایای بذری که باستان شناسان در سایت هایی در دره یانگ تسه چین پیدا کردند، مطابقت داشت.

ما همچنین دریافتیم که حتی ابداعات بعدی، مانند تکامل تحمل سرما در طول ظهور ژاپونی معتدل در حدود 4000 سال پیش، اغلب از تنوع ژنتیکی باستانی و از قبل موجود استفاده می کردند.

در مجموع، این مطالعات بر اهمیت تنوع ژنتیکی پایدار در منشأ و تکامل محصولات اهلی شده تاکید می‌کند. علاوه بر این، این یافته‌ها با ایده رایج در میان باستان‌شناسان مطابقت دارد که اهلی‌سازی زودهنگام محصولات اغلب یک فرآیند آهسته و چند مرحله‌ای بوده است که طی هزاران سال انجام می‌شود.

اطلاعات مجله: مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، علوم

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →

این مقاله از The Conversation تحت مجوز Creative Commons بازنشر شده است. مقاله اصلی را بخوانید.