Рост древних злаков зависел от воды, а не только от первых земледельцев
Первые изменения размера зерна у злаков могли быть вызваны не целенаправленным отбором со стороны человека, а колебаниями влажности. К такому выводу пришли исследователи, изучив растительные остатки, углеродные изотопы и сорняки из археологических памятников южного Леванта. Полученные данные заставляют по-новому взглянуть на происхождение земледелия и ранние этапы одомашнивания растений.
Крупные семена долгое время считались одним из признаков перехода дикорастущих растений к культурным формам. У одомашненных злаков зерна обычно больше, чем у их диких предков, поэтому увеличение размера часто связывали с человеческим отбором и регулярной обработкой почвы. Однако новое исследование показывает: на ранних стадиях тот же вид растения мог давать зерно разного размера исключительно из-за условий окружающей среды.
Ученые проанализировали остатки ячменя и пшеницы-двузернянки, найденные на трех археологических объектах — Шарара и Эль-Хемме в Иордании. Эти материалы относятся к периоду раннего неолита, когда местные сообщества еще не перешли к полностью организованному земледелию и продолжали активно собирать дикорастущие растения.
Особое внимание исследователи уделили строению колоса. У дикого ячменя и дикорастущей пшеницы колосовой стержень хрупкий: после созревания он распадается, и зерна осыпаются на землю. Позднее у культурных разновидностей сформировался более прочный стержень, удерживавший зерна на колосе. Это сделало сбор урожая значительно эффективнее и стало одним из важнейших признаков одомашнивания.
При этом зерна из ранних поселений по-прежнему принадлежали растениям с диким, ломким стержнем. Но их размеры заметно различались: часть зерен оставалась небольшой, тогда как другие достигали величины, характерной для более поздних культурных форм. Чтобы понять причину такой изменчивости, ученые применили анализ стабильных изотопов углерода.
Изотопный состав обугленных зерен способен сохранять сведения о водном режиме, в котором росло растение. Результаты показали четкую закономерность: более крупные зерна ячменя формировались в условиях повышенной влажности, а мелкие имели признаки водного стресса. Таким образом, доступность воды напрямую влияла на развитие зерновки и могла создавать впечатление раннего искусственного отбора.
Подробно о том, как вода влияла на рост древних зерновых культур, свидетельствуют не только изотопные показатели, но и сопутствующие ботанические находки. Анализ сорняков, обнаруженных рядом с зерном, указал на участки с небольшим нарушением почвы. Растительный комплекс не подтверждает, что эти поля регулярно и интенсивно вспахивали.
По словам руководителя работы Джейд Уитлам из Оксфордского университета, ключевую роль могла сыграть так называемая фенотипическая пластичность. Это означает, что один и тот же генетический тип растения способен выглядеть по-разному в зависимости от среды. При достаточном увлажнении он формирует более крупные зерна, а в засушливый период — мелкие.
Такое объяснение важно для реконструкции процесса одомашнивания. Крупное зерно само по себе еще не доказывает генетические изменения или сознательную селекцию. Вначале окружающая среда могла менять внешний облик растений, а уже позднее человеческая деятельность закрепляла полезные признаки в следующих поколениях. Вероятно, устойчивый колос, не осыпавшийся при созревании, стал объектом отбора раньше, чем стабильно крупный размер зерна.
Полученные результаты дополняют представления, которые формирует археология древнего земледелия. Переход от собирательства к выращиванию растений не был одномоментным событием. Охотники и собиратели могли на протяжении многих поколений собирать определенные виды, защищать их от конкурирующей растительности и возвращаться к местам с наиболее благоприятными условиями, еще не создавая полноценные поля.
Исследование также помогает точнее оценить влияние климата на рост зерновых. Влажные периоды могли временно увеличивать урожайность и размеры семян, создавая предпосылки для усиления интереса людей к отдельным растениям. Напротив, засухи сокращали зерно и, вероятно, стимулировали поиск более надежных способов управления растительными ресурсами.
Для понимания того, как проходила эволюция злаковых культур, теперь особенно важно учитывать сразу несколько типов данных. Одних морфологических признаков недостаточно: крупное зерно и другие внешние особенности необходимо сопоставлять с изотопным составом, составом сорняков, характером почвы и общим климатическим контекстом памятника.
Новая модель предполагает последовательное развитие событий. Сначала изменения условий роста, прежде всего доступности воды, влияли на размер зерен. Затем человеческое управление дикорастущими зарослями усиливало контакт людей с определенными видами. И только после этого генетический отбор постепенно закреплял признаки, сделавшие злаки удобными для выращивания и сбора.
Именно поэтому древние зерновые культуры нельзя рассматривать как результат единственного фактора. Их становление было связано с взаимодействием климата, поведения человека, особенностей размножения растений и долгосрочных изменений ландшафта. Новые данные показывают, что первые шаги к земледелию могли быть гораздо менее целенаправленными, чем принято считать, а путь от дикого злака к сельскохозяйственной культуре занял многие поколения.