Як рис ставав харчової культурою і бур`яном
Біолог-еволюціоніст Стівен Джей Гулд одного разу задався питанням, щоб було б, якби живий світ розвивався інакше.
Якби існувала друга Земля, яка розвивалася паралельно нашій, з`явилися б на ній ті ж рослини і тварини, яких ми спостерігаємо зараз?
Цікаве питання, але провести експеримент з другою землею не представляється можливим. Однак випадки паралельної еволюції (коли одна і та ж риса розвивається незалежно у декількох рослин) дозволили вченим пролити світло на вирішення подібних питань.
Один з кращих прикладів паралельної еволюції можна знайти в історії одомашнення рису в Африці і Азії, за яким послідувало повернення до дикої формі рису, і все це за 10 тисяч років з того моменту, як мисливці і збирачі вирішили вести осілий спосіб життя.
За допомогою сучасних генетичних технологій і ресурсів Міжнародного генетичного рисового банку, що містить більше 112 000 різних видів рису, еволюційний біолог доктор Кеннет Олсен з Університету Вашингтона в Сент-Луїсі, зміг озирнутися назад в часі і задатися питанням, чи однакові мутації лягли в основу розвитку однакових рис обох культурних і бур`янистих видів рису.
Його останні праці, в яких особлива увага приділяється генетиці кольору насіння, були опубліковані 17 липня 2013 року в онлайн випуску "Журнал еволюційної біології".
Відповіді на ці питання цікаві самі по собі, але і володіють практичним значенням, так як сучасне сільське господарство радикально змінює підхід до відбору видів рису, найважливішою продовольчої культури для більшої частини населення світу.
Сміттєві види рису, що розвинулися з культурних сортів, набувають все більше рис диких родичів.
Вони - дуже агресивні конкуренти, і як в США, так і в усьому світі такий бур`янистої рис став величезною проблемою, - розповідає Олсен.
У деяких куточках світу фермери вже здалися в спробах виростити нормальний рис, вони продають швидше його бур`янистої варіант, який експансивно заселив поля.
Так, з чистих сортів залишився червоний рис з французьких угідь, в якому міститься багато антиоксидантів, але в іншому - вибір справжнього рису невеликий.
Найпоширенішим рисом в усьому світі вважається сорт з Азії Oryza Sativa, який виводився з дикого сорту Oryza rufipogon в Південній Азії протягом останніх 10 000 років.
Чи вважаються японський і індійський підвид відомого сорту окремими домашніми культурами, питання спірне.
Велика частина вирощуваного в США рису належить до японського сорту, який досить сильно в генетичному плані відрізняються від індійського рису, який вирощується переважно в тропіках.
У будь-якому випадку близько 3500 років тому відбулося вторинне одомашнення рису, коли в Африці стали садити рис (Про. Glaberrima), виведений з африканських диких видів О. barthii в дельті річки Нігер.
В даний час вчені в змозі вивчити генетичну основу як азіатських, так і африканських одомашнених сортів.
В якомусь сенсі це можливість повернутися в минуле, щоб перевірити ДНК рослини тих часів, коли подібний аналіз був недоступний, - говорить Олсен.
Відео: Бур`яни. Що робити з бур`янами.
Якщо рослина одомашнена, воно набуває набір рис під назвою "синдром одомашнення", Завдяки чому його легше вирощувати в якості сільськогосподарської культури.
У разі рису синдром включає в себе втрату осипання (насіння не випадають з основного стебла до збору врожаю), збільшення розмірів насіння і втрату стану спокою насіння (вони проростають все відразу, як наслідок - і збираються враз).
Чи пройшли аналогічні генетичні мутації при появі одомашнених рис в азіатських і африканських сортів, або ж до такого набору характеристик сорту лягли зовсім інші генетичні мутації?
У своїй серії статей про еволюційної біології Ольсен і його співавтор Сінді Вігуейра пишуть, що в основі втрати осипання, лушпиння солом`яного кольору і білого зерна азіатського і африканського домашнього рису лежать різні мутації одних і тих же генів.
Таким чином, обидва сорти азіатського і африканського культурного рису "змінилися" приблизно в тих же місцях під тиском відбору ранніх хліборобів.
Як і при одомашнення, повернення рису знову в дику рослину, або ж еволюція від виду сільськогосподарських культур до бур`янів видів, які мають безліч диких властивостей також сталося повторно.
Один штам сорного рису нагадує азіатський сорт рису, який вирощується тільки в невеликої частини Індії, а інший штам нагадує рис, вирощений в тропіках.
Оскільки сміттєві форми тісно пов`язані з сортами рису, які ніколи не вирощувалися в США, вони, ймовірно, прибули в якості домішок в закупівлях зерна з Азії, а не розвивалися безпосередньо з тропічних японських культур, що вирощуються тут.
Питання, вважає Олсен, полягає в тому, як культура повернулася до диких форм, прийнявши генетичні зміни, які привели до їх одомашнення або через мутації, які привели до здичавіння іншими способами.
На генетичному рівні історії засмічених форм виявилися складніше і плутані, ніж у культурних форм.
Наприклад, бур`яни мають ген висипання насіння, що означає, що вони придбали нові властивості на відміну від культурних форм, позбавлених цієї властивості людьми навмисно.
Сміттєві форми висипаються, проте вони повторно розвинули цю здатність, деяким іншим ще невідомим для вчених шляхом.
Найважливіша частина цієї історії, - каже Олсен, - в тому, що генетичні історії культурних рослин і бур`янів тісно взаємопов`язані. Це означає, що сміттєві форми можуть вибрати гени як предків, так і генів культурного сорту.
Відео: ЩО ТАКЕ БУР`ЯН?
Хоча обидва засмічених штаму з`явилися в Азії, бур`янистої рис став проблемою Південно-Східної Азії в останні кілька десятиліть.
Відео: Боротьба з бур`янами - 6 соток
Причина в тому, що рисові саджанці традиційно вирощують в полях, а потім їх пересаджують в поле вручну. Коли вони працювали в полях, фермери дізнавалися і позбувалися від бур`янів, що ростуть там.
Але в промислово розвинених господарствах рис проростає прямо на полі, так що немає ніякої можливості видаляти бур`яни.
Оскільки саджанці сорного і культурного рису схожі один на одного, фермери часто не розуміють, що у них проблема, поки поле справді не заражено.
Зараження бур`янами може знизити вихід нормального продукту майже на 80 відсотків. Якщо поле сильно заражене засмічених рисом, єдиний вихід фермера - відмовитися від усього поля.
У США все частіше з бур`янами видами рису борються за допомогою пестицидів.
В останні роки більше третини американських рисових полів були засаджені стійкими в гербіцидів видами рису. Однак це може стати поштовхом до придбання бур`янами стійкості до гербіцидів, так чи інакше, вони проб`ються.
Механізм стійкості до гербіцидів досить легко прищеплюється культурним рослинам, це робиться в основному за допомогою зміни одного амінокислотного гена, хоча нові сорти стають все незвичніше і більш відкритими для змін. Так що для мутації для бур`янів тут безліч варіантів.
Але і врожайні культури, і бур`яни належать до одного виду, так що вони можуть легко схрещуватися, а селективне вирощування привносить культурам приплив нових генів.
Ми спостерігаємо за все більшої і більшої гибридизацией культур. Це змінить склад всіх бур`янів на рисових полях США, імовірно в інших країнах світу теж, - робить висновок Олсен.
