بدأت البطاطا المتواضعة في العصر الحديث ، التي تم ترجمةها لأول مرة منذ حوالي 10،000 عام ، في جبال الأنديز قبل أن تصبح محصولًا رئيسيًا يعتمد عليها العالم. ولكن نظرًا لأن النباتات لا تحافظ جيدًا في السجل الأحفوري ، فقد ظل نسبها لغزا إلى حد كبير.
الآن ، تتبع فريق من علماء الأحياء التطوريين والعلماء الجينيين أصول هذا العنصر الأساسي النشوي إلى فرصة لقاء منذ ملايين السنين يتضمن قريبًا غير محتمل: الطماطم.
قام الباحثون بتحليل 450 جينومًا من أنواع البطاطا المزروعة والبرية ، وكشف الجينات أن سلف نبات الطماطم البري القديم نتج بينها نباتًا يشبه البطاطس يسمى Etuberosum 9 ملايين عام-أو Interbred ، حيث أن كلا النباتين قد انفصلوا في الأصل عن مصنع أجداد مشترك منذ حوالي 14 مليون عام ، وفقًا لدراسة دراسية في الخميس في المجلات.
على الرغم من أن الطماطم أو الأتوريات لم يكن لديها القدرة على نمو الدرنات – الجزء الموسع والأكل من النباتات المستأنسة مثل البطاطا والبطاطا والقطران التي تنمو تحت الأرض – كان النبات الهجين الناتج. تطورت الدرنات كوسيلة مبتكرة لمصنع البطاطس لتخزين المواد الغذائية تحت الأرض حيث أصبح المناخ والبيئة في جبال الأنديز أكثر برودة – وبمجرد زراعة ، أسفرت عن الدعامة الأساسية للبشر. يوجد الآن أكثر من 100 نوع من البطاطا البرية التي تنمو أيضًا الدرنات ، على الرغم من أنها ليست كلها صالحة للأكل لأن بعضها يحتوي على سموم.
“إن تطور درنة أعطى البطاطس ميزة كبيرة في البيئات القاسية ، وتغذي انفجار أنواع جديدة والمساهمة في التنوع الغني للبطاطا التي نراها ونعتمد عليها اليوم” ، مؤلف الدراسة الرائدة سانوين هوانغ ، رئيس الأكاديمية الصينية للتصريحات الزراعية ، في أكاديمية الصينيين. “لقد حلنا أخيرًا لغز من أين جاءت البطاطس.”
قام العلماء أيضًا بفك تشفير الجينات التي تم توفيرها من قبل كل نبات لإنشاء درنات في المقام الأول. إن فهم كيفية نشأت البطاطا وتطورها يمكن أن يساعد العلماء في النهاية على تربية البطاطا الأكثر مرونة التي تقاوم المرض وظروف المناخ.
الحفر في لغز Spud الدائم
الناس يحصد البطاطس بالقرب من Celendín ، بيرو. – ساندرا ناب
تنتمي البطاطا والطماطم والأوتوبروسوم إلى جنس Solanum ، الذي يضم حوالي 1500 نوع وهو أكبر جنس في عائلة Nightshade من النباتات المزهرة. للوهلة الأولى ، تبدو نباتات البطاطس متطابقة تقريبًا مع Etuberosum ، والتي دفعت في البداية العلماء إلى الاعتقاد بأن الاثنين كانا شقيقتين جاءا من سلف مشترك.
تشمل etuberosums ثلاثة أنواع فقط ، وبينما تحتوي النباتات على أزهار وأوراق مماثلة لتلك الخاصة بنباتات البطاطس ، فإنها لا تنتج الدرنات.
وقال الدكتور ساندي ناب ، وهو مؤلف مشارك وأبحاث في متحف التاريخ الطبيعي في لندن ، ” “إنها أشياء ربما لن تراها أبدًا إلا إذا ذهبت إلى جزر خوان فرنانديز ، أو جزر روبنسون كروزو في وسط المحيط الهادئ ، أو إذا كنت في الغابات المطيرة في تشيلي”.
وقال ناب إن الرسم من نسب البطاطا والطماطم والتوتر الكشف عن تجاعيد غير متوقعة بدا أنها تشير إلى أن البطاطا كانت مرتبطة بشكل أوثق بالطماطم على المستوى الوراثي.
وقال ليو إن الفريق استخدم التحليلات التطورية-وهي عملية مماثلة لتحديد العلاقة بين الوالدين والابن أو الأخت الشقيقة على المستوى الوراثي-لتحديد العلاقات بين النباتات المختلفة.
وقال ليو إن التحليل أظهر تناقضًا: يمكن أن تكون البطاطا أختًا للبروسيوم أو الطماطم ، اعتمادًا على علامات وراثية مختلفة.
وقال ناب إن سلف الطماطم المشترك البالغ من العمر 14 مليون عامًا ، والنباتات التي تباعدت منها ، لم تعد موجودة و “ضاعت في ضباب الوقت الجيولوجي”. بدلاً من ذلك ، بحث الباحثون عن علامات وراثية داخل النباتات لتحديد أصولهم.
وقال ناب: “ما نستخدمه هو إشارة تأتي من الماضي ، والتي لا تزال موجودة في النباتات التي لدينا اليوم ، لمحاولة إعادة بناء الماضي”.
لتتبع هذه الإشارة عبر الزمن ، قام الباحثون بتجميع قاعدة بيانات وراثية للبطاطس ، بما في ذلك النظر إلى عينات المتحف وحتى استرداد البيانات من البطاطا البرية النادرة التي يصعب العثور عليها ، بعضها يحدث في وادي واحد فقط في جبال الأنديز ، على حد قول ناب.
“من الصعب للغاية أخذ عينات البطاطس البرية ، لذلك تمثل مجموعة البيانات هذه المجموعة الأكثر شمولاً من البيانات الجينية للبطاطا البرية التي تم تحليلها على الإطلاق” ، قال المؤلف المشارك في الدراسة ، وهو باحث في معهد الجينوم الزراعي في شنتشن في الأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية ، في بيان.
خارطة طريق وراثية كتبها الصدفة
ساهمت الطماطم في الجين الذي أشار إلى نمو درن في أول نباتات البطاطس. – روبرت ألكساندر/غيتي إيمس
كشف البحث أن البطاطا الأولى ، وكل أنواع البطاطا اللاحقة ، تضمنت مزيجًا من المواد الوراثية المستمدة من الأوتوبروسوم والطماطم.
وقال ليو إن التغيرات المناخية أو الجيولوجية تسببت على الأرجح في أنوبروسوم قديم وأسلاف الطماطم يتعايش في نفس المكان.
وقال إيمي تشاركوفسكي ، العميد المساعد الباحث لكلية العلوم الزراعية بجامعة كولورادو الحكومية ، إن السيناريو المحتمل هو أن كلا النوعين يتلاعبون بالنحل ، فإن السيناريو المحتمل هو أن نحلة نقلت حبوب اللقاح بين المصنعين وأدت إلى إنشاء البطاطا. لم يشارك Charkowski في البحث الجديد.
وقال ليو إن جانب الطماطم يزود جين “مفتاح رئيسي” SP6A ، والذي أخبر مصنع البطاطس بالبدء في صنع الدرنات ، في حين أن جين IT1 من جانب Etuberosum سيطر على نمو السيقان تحت الأرض التي شكلت الدرنات النشوية. إذا كانت أي من الجينات مفقودة أو لم تعمل في حفل موسيقي ، فلن تشكل البطاطس أن درنات ، وفقًا للباحثين.
وقال ناب: “أحد الأشياء التي تحدث في التهجين هي أن الجينات تخلط”. “إنه يشبه خلط مجموعة من البطاقات مرة أخرى ، وظهرت بطاقات مختلفة في مجموعات مختلفة. ولحسن الحظ لهذا الحدث التهجين المحدد ، اجتمع نوعان من الجينات ، مما خلق القدرة على التحمي ، وهذا حدث فرصة.”
وقال ناب إن تطور البطاطا الدرنية تزامن مع الوقت الذي كانت فيه جبال الأنديز ترتفع بسرعة بسبب التفاعلات بين الألواح التكتونية ، التي خلقت العمود الفقري الضخم أسفل الجانب الغربي من أمريكا الجنوبية. جبال الأنديز عبارة عن سلسلة جبلية معقدة مع العديد من الوديان ومجموعة من النظم الإيكولوجية.
الطماطم الحديثة مثل البيئات الجافة والساخنة ، في حين تفضل etuberosums مساحة معتدلة. وقال ناب إن سلف نبات البطاطا تطور ليموت في الموائل الجافة والباردة وعلى ارتفاع ارتفاعها عبر جبال الأنديز ، مع تمكين درنة بقاءها النهائي. يمكن أن تتكاثر البطاطس دون الحاجة إلى البذور أو التلقيح. أدى نمو الدرنات الجديدة إلى نباتات جديدة ، ويمكن أن تزدهر عبر بيئات متنوعة.
إنشاء بطاطا هاردي لمستقبل غير مؤكد
العديد من أصناف البطاطس المختلفة مستوطنة لبيرو. – ساندرا ناب
تعد البطاطا المزروعة التي نستهلكها اليوم ثالث أهم محصول أساسي في العالم ، ومع القمح والأرز والذرة ، هي المسؤولة عن 80 ٪ من تناول السعرات الحرارية البشرية ، وفقًا للدراسة.
يمكن أن يكون فهم قصة أصل البطاطس هو مفتاح تربية المزيد من الابتكار إلى البطاطس المستقبلية ؛ يمكن أن تؤدي إعادة إدخال جينات الطماطم الرئيسية إلى بطاطا سريعة الاستنساخ بواسطة البذور ، وهو ما يجربه هوانغ وفريقه في الأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية.
وقال ناب إن المحاصيل الحديثة تواجه ضغوطًا من التغيير البيئي وأزمة المناخ والآفات والأمراض الجديدة.
وقال ناب إن بطاطا البذور ذات أهمية لأنها قد تكون أكثر تنوعًا وراثياً ومقاومة للأمراض وغيرها من المخاطر الزراعية. يؤدي التكاثر النباتي للبطاطا – تقطيع البطاطا إلى قطع وزراعتها لإنشاء محصول – إلى بطاطا متطابقة وراثياً يمكن القضاء عليها إذا جاء مرض جديد.
وأضافت أن دراسة الأنواع البرية التي ظهرت وتطورت استجابة لمثل هذه التحديات قد تكون حاسمة أيضًا.
يهتم مختبر Charkowski بكيفية مقاومة البطاطا البرية المرض ، ولماذا تؤثر بعض الآفات والأمراض النباتية فقط على البطاطا أو الطماطم.
“بالإضافة إلى مساعدتنا في فهم تطور البطاطس وتطور درنة البطاطس ، يمكن أن تساعد الأساليب المستخدمة (في هذه الدراسة) أيضًا الباحثين على التعرف على السمات الأخرى ، مثل مقاومة الأمراض والمقاومة للحشرات ، والتغذية ، وتحمل الجفاف ، والعديد من سمات النباتات المهمة الأخرى في البطاطس والطماطم” ، قال تشاركوفسكي.
وقالت إن البطاطا تظل محصولًا مهمًا في المناطق القاحلة أو المناطق ذات الصيف القصيرة والارتفاعات العالية – الأماكن التي لا تنمو فيها المحاصيل الرئيسية الأخرى.
وقال الدكتور تاينا ساركينين ، الخبير في غاردن في حديقة الملكية في حديقة الملكية ، إن النتائج تُظهر أيضًا البطاطس في ضوء مختلف: نتيجة لقاء الفرص مع شخصين مختلفين للغاية.
قالت: “هذا في الواقع رومانسي للغاية”. “إن أصل العديد من أنواعنا ليس قصة بسيطة ، ومن المثير للغاية أن نتمكن الآن من اكتشاف هذه الأصول المتشابكة والمعقدة بفضل ثروة البيانات الجينية.”
اشترك في النشرة الإخبارية لنظرية Wonder's Wonder Science. استكشف الكون مع الأخبار عن الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
تصحيح: نسخة سابقة من هذه القصة أخطأت في لقب سانوين هوانغ. تم تحديث القصة مع العنوان الصحيح.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية CNN قم بإنشاء حساب في CNN.com