Древнее похолодание подстегнуло эволюцию и распространение риса
Ученые связали диверсификацию и распространение риса с глобальным похолоданием около четырех тысяч двухсот лет назад. До этого события рис выращивали в основном в Китае, однако возникшие позже разновидности проникли в Корею, Японию и Юго-Восточную Азию. Результаты междисциплинарного исследования, опирающегося на генетические, археологические и палеоклиматические данные, опубликованы в журнале Nature Plants.
Рис посевной (Oryza sativa) — одна из важнейших сельскохозяйственных культур. По некоторым оценкам, он является источником более 20 процентов калорий в рационе половины жителей планеты. Большая часть современных сортов риса относится к подгруппам japonica и indica, которым иногда придают статус отдельных подвидов. Археологические данные указывают, что рис japonica начали культивировать около девяти тысяч лет назад в долине Янцзы, а indica — на пять тысяч лет позже в нижнем течении Ганга.
О путях распространения риса по Азии известно намного меньше, чем о его происхождении. Чтобы заполнить этот пробел, команда специалистов под руководством Майкла Пуругганана (Michael D. Purugganan) из Нью-Йоркского университета решила изучить историю этой культуры с генетической точки зрения. Ученые проанализировали результаты полногеномного секвенирования более 1400 разновидностей риса и сопоставили их с археологическими и климатическими данными.
Исследование показало, что на протяжении первых четырех тысяч лет после одомашнивания рис выращивали почти исключительно на территории современного Китая. Толчком к появлению новых разновидностей и их распространению по Восточной и Южной Азии стали резкие климатические изменения около четырех тысяч двухсот лет назад. В Северном полушарии они привели к сокращению уровня осадков и снижению средней температуры на ноль целых шесть десятых градуса по Цельсию.
Согласно генетическим данным, именно в этот момент рис japonica разделился на две эволюционные линии, приспособленные к умеренному и тропическому климату соответственно. Первая получила распространение в Северном Китае, на Корейском полуострове и в Японии. Вторая из-за похолодания продвинулись в Юго-Восточную Азию. Однако на острова Индонезии и Филиппинского архипелага рис попал лишь две с половиной тысячи лет назад, после появления сети оживленных торговых связей между ними и материком.
Одомашнивание риса indica произошло чуть позже, около четырех тысяч лет назад. Эта линия впоследствии распространилась в Китай и Юго-Восточную Азию, причем благодаря постоянному потоку генов отдельные популяции слабо дифференцировались друг от друга.
Авторы исследования подчеркивают, что лишь междисциплинарный подход позволил с такой точностью реконструировать историю одного из самых популярных культурных растений. Генетика и археология предоставили данные об истории распространении риса, а палеоклиматология — о направивших их изменениях окружающей среды.
История других сельскохозяйственных культур может быть не менее сложной, чем у риса. Например, кукуруза, согласно недавнему исследованию, была одомашнена однажды, но после проходила долгую независимую селекцию в Северной и Южной Америке. При этом в Южную Америку она попадала дважды.
Сергей Коленов
Анализ пыльцы указал, что он относился к семейству симплоковых, а не чайных
Палеоботаники переописали самый крупный цветок, когда-либо найденный в янтаре. Образец из балтийского янтаря с диаметром венчика около трех сантиметров изначально был помещен в семейство чайных. Однако анализ пыльцы, проведенный полтора века спустя, показал, что цветок принадлежит растению из семейства симплоковых, которое в наши дни распространено во влажных и теплых лесах Азии, Австралии и Америки. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Scientific Reports. Палеонтологи регулярно находят в янтаре отлично сохранившиеся остатки давно исчезнувших растений и животных. Самые громкие такие открытия в последние годы связаны со знаменитым бирманским янтарем, в котором было обнаружено множество живых существ, населявших позднемеловой тропический лес и соседствующие с ним пресные и солоноватые водоемы. Однако изучение янтаря из других регионов порой приносит не менее интересные плоды. Например, в балтийском янтаре, который сформировался в позднем эоцене, были найдены различные виды беспозвоночных, растений и грибов, среди которых древнейший муравей-кочевник и паразитический гриб. Еще в конце XIX века в образце балтийского янтаря возрастом 33,9-38 миллионов лет, предположительно добытого на территории современной Калининградской области, был обнаружен неожиданной крупный окаменевший цветок с пятью лепестками и диаметром венчика 28 миллиметров. По оценкам специалистов, он до сих пор остается самым крупным цветком, когда-либо найденным в янтаре. Для сравнения, диаметр других цветков из балтийского янтаря достигает лишь двух-пятнадцати миллиметров. Похожие образцы из других регионов также в основном невелики. Проанализировав строение окаменевшего цветка, немецкий палеоботаник Роберт Каспари (Johann Xaver Robert Caspary) в описании, опубликованном в 1872 году, отнес его к роду Stewartia из семейства чайных (Theaceae). При этом образец достаточно сильно отличался от всех современных видов данного рода, поэтому ученый выделил его в новый вид Stewartia kowalewskii. Впрочем, описание Каспари было очень кратким. Кроме того, никто не пытался проверить, правильно ли он идентифицировал растение. Сделать это решили палеоботаники Ева-Мария Садовски (Eva‑Maria Sadowski) из Института эволюции и биоразнообразия Ассоциации Лейбница и ее коллега Криста-Шарлотта Хофманн (Christa‑Charlotte Hofmann) из Венского университета. Получив доступ к образцу янтаря с окаменевшим цветком, который сейчас хранится в Федеральном институте геологических наук и природных ресурсов в Берлине, исследовательницы соскоблили с него скальпелем несколько пыльцевых зерен и рассмотрели их под микроскопом. Оказалось, что форма пыльцы древнего растения соответствует роду Symplocos из семейства Symplocaceae. Строение цветка также позволяет отнести его к симплоковым. Таким образом, Каспари неверно поместил цветок из янтаря в семейство чайных. Садовски и Хофманн исправили ошибку и переименовали Stewartia kowalewskii в Symplocos kowalewskii. Ближайшими родственниками балтийского симплокоса, судя по всему, являются современные азиатские виды рода. Подобно им, он, скорее всего, опылялся насекомыми. В наши дни ареал семейства симплоковых ограничен Восточной Азией, Австралией и Америкой. Однако возникли эти растения в Европе около 52 миллионов лет назад и, пока местный климат оставался достаточно теплым, были здесь довольно разнообразны и широко распространены. Например, из олигоценовых отложений Германии известна пыльца симплокосов, которая очень похожа на пыльцу S. kowalewskii. Впрочем, в балтийском янтаре остатки симплоковых пока не находили. Предполагается, что балтийский янтарь формировался во влажных умеренно теплых лесах. Такие же условия предпочитают современные симплокосы. Таким образом, присутствие цветка S. kowalewskii в балтийском янтаре подтверждает принятые палеоэкологические реконструкции. Несколько лет назад палеоботаники обнаружили в бирманском янтаре семь цветков диаметром 3,5-5 миллиметров. Анализ показал, что они принадлежали неизвестному ранее растению из семейства кунониевых (Cunoniaceae), которое получило название Tropidogyne pentaptera.