El maíz, un cultivo que se cultiva en todos los continentes, excepto en la Antártida, se parece muy poco a su ancestro, una hierba silvestre con granos duros que crece hoy en el suroeste de México y se llama teosinte.
Los botánicos han debatido durante casi un siglo sobre el origen del maíz, creyendo en un momento que la planta moderna descendía de un maíz silvestre extinto, o algo aún no descubierto. Sin embargo, los genetistas finalmente determinaron en 1990 que el maíz estaba relacionado con el teosinte de grano duro, y concluyeron que la planta regordeta y jugosa que conocemos hoy es la forma domesticada de la hierba silvestre. Entre 10, 000 y 13, 000 años atrás, razonaron los científicos, los agricultores habían seleccionado y plantado las semillas con rasgos favorables y con el tiempo la planta se transformó.
Pero en un estudio publicado la semana pasada en la revista Quaternary International, la investigadora del Smithsonian Dolores Piperno, una arqueobotista que trabaja en la estación de campo del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales en Gamboa, Panamá, compartió una nueva hipótesis de "máquina del tiempo". En condiciones ambientales pasadas, dicen ella y sus colegas, el teosinte se veía muy diferente de lo que es hoy y se parecía más al maíz moderno de lo que es ahora. Esto puede arrojar luz sobre por qué los primeros agricultores decidieron cultivarlo.
En condiciones ambientales pasadas, Piperno (que porta teosinte moderno) y sus colegas dicen que el antepasado de la planta en la era del Pleistoceno parecía muy diferente de lo que es hoy y se parecía más al maíz moderno. (Matthew Lachniet) "Sabemos que entre 10, 000 y 13, 000 años atrás", dice Piperno, "cuando los cazadores-recolectores comenzaron a explotar a los ancestros salvajes de los cultivos [de hoy] y cuando los primeros granjeros realmente comenzaron a cultivarlos, la temperatura y el CO2 atmosférico eran muy diferentes. "
Piperno trabajó con Klaus Winter, quien diseñó un invernadero con cámara de vidrio, la máquina del tiempo, que se mantuvo con niveles bajos de CO2 y se mantuvo a temperaturas más bajas, similares a las de los últimos períodos del Pleistoceno y el Holoceno temprano. Para fines de control, otro invernadero que imitaba el ambiente de hoy se preparó cerca. Piperno y sus colegas plantaron teosinte en ambas cámaras.
Mientras estudiaba la historia fósil del maíz y las condiciones ambientales pasadas, Piperno comenzó a preguntarse cómo podrían haber sido los antepasados de la planta durante el Pleistoceno tardío y el Holoceno temprano, cuando se cosecharon y luego se cultivaron. En aquel entonces, la temperatura era de 3.5 a 5.4 grados más fría de lo que es hoy, y el CO2 atmosférico oscilaba en niveles de alrededor de 260 partes por millón. Más tarde, durante la Revolución Industrial, el CO2 aumentaría a las 405 partes por mil millones de hoy, el nivel en el que ahora crece la planta de teosinte de ramas largas y altas.
La planta de fenotipo similar al maíz de la cámara de la "máquina del tiempo" (A) tiene una sola borla que termina el tallo principal y las orejas femeninas aparecen a lo largo del tallo principal (flechas). El recuadro en la esquina superior derecha es un primer plano de una de las orejas femeninas. El teosinte moderno cultivado en la cámara de control (B) tiene muchas ramas laterales primarias largas (ejemplo, flecha blanca superior) terminadas por borlas (flecha negra). Las orejas femeninas no desarrolladas se pueden ver en las ramas laterales secundarias (flechas blancas). (Irene Holst, STRI) Piperno estaba interesado en estudios que examinaran cómo los futuros aumentos de CO2 y temperatura podrían inducir algo llamado "plasticidad fenotípica", o cambios en la apariencia de la planta en respuesta a su entorno. La plasticidad fenotípica puede hacer que dos organismos genéticamente idénticos se vean diferentes si se cultivan en condiciones separadas.
En la "máquina del tiempo", Piperno y Klaus estaban intrigados al descubrir que las plantas de teosinte crecían para parecerse más al maíz que cultivamos y comemos hoy. Si bien el teosinte de hoy tiene numerosas ramas con borlas con orejas que crecen en ramas secundarias, las plantas de invernadero tenían un solo tallo principal coronado por una sola borla, así como varias ramas cortas con orejas. Y las semillas también eran diferentes: a diferencia de las semillas de teosinte silvestre, que maduraron secuencialmente, todas las semillas de las plantas experimentales maduraron todas al mismo tiempo, de forma similar a los granos de maíz o semillas. Las semillas de teosinte de hoy están encerradas en brácteas vegetativas apretadas, pero la máquina del tiempo produce plantas con granos de semillas que fueron expuestos.
Según Piperno, menos ramas, junto con semillas fácilmente visibles, habrían hecho del teosinte un cultivo más fácil de cosechar. Estas características, que anteriormente se creía que provenían de la selección humana y la domesticación, podrían haberse estimulado a través de cambios ambientales que indujeron la plasticidad fenotípica.
Dentro de la cámara de la máquina del tiempo, el teosinte se cultivó en condiciones que podría haber encontrado hace 10.000 años. (Irene Holst, STRI) Parece que el medio ambiente jugó un papel "significativo, aunque fortuito" en el enfoque del teosinte para el cultivo, dice Piperno. Las características similares al maíz "dieron una ventaja inicial a los primeros agricultores".
Daniel Sandweiss, profesor de Antropología y Estudios Cuaternarios y Climáticos de la Universidad de Maine, ha llevado a cabo una extensa investigación sobre el cambio climático temprano en América Latina. Llamó al experimento de Piperno "innovador" y dijo que creía que "se convertiría en un modelo para toda una serie de estudios".
Piperno, Klaus y su equipo también estaban interesados en ver cómo un aumento notable en la temperatura y el CO2 que se produjo entre las épocas tardías del Pleistoceno y el Holoceno pudo haber influido en la productividad de las plantas y podría ayudar a explicar una posible razón por la cual la agricultura comenzó durante ese tiempo y no antes.
Durante el Pleistoceno, los niveles de CO2 atmosférico fueron incluso más bajos que durante el Holoceno, al menos en un tercio, y la temperatura fue de 5 a 7 grados más fría. Los niveles y las temperaturas de CO2 de la era del Pleistoceno fueron factores limitantes en el crecimiento de las plantas, concluyó Piperno, quien había visto investigaciones anteriores que sugerían que el cultivo de plantas en un ambiente con bajas temperaturas y bajas emisiones de CO2 inhibía la fotosíntesis y disminuía el rendimiento de las semillas.
El ancestro salvaje del maíz, el teosinte, se muestra creciendo en condiciones climáticas modernas (cámara a la izquierda) y en el pasado (cámara a la derecha). Los científicos del Smithsonian Dolores Piperno (derecha) con Irene Holst. (Sean Mattson) Los propios resultados de Piperno hicieron eco de estudios previos; El teosinte también formó más semillas en la cámara con una temperatura más cálida y aumentó el CO2. Este fenómeno quizás hizo de la agricultura, por primera vez, una práctica sostenible para alimentar a las familias. El aumento de la productividad de la planta, dice Piperno, convirtió la agricultura en "una buena estrategia de adaptación".
"Los resultados son sorprendentes", dice Sandweiss, quien señaló que la aparición del teosinte había obstaculizado durante mucho tiempo a los científicos. Después de ver cómo se veía el teosinte en las condiciones de crecimiento del Pleistoceno, su relación con el maíz comenzó a "tener mucho más sentido".
El experimento de Piperno también podría ayudar a los científicos y arqueólogos a comprender el proceso y el momento de la domesticación de cultivos en todo el mundo, señaló Sandweiss. El trigo, la cebada y el arroz también podrían haber experimentado cambios fenotípicos y aumentar la productividad en las épocas tardías del Pleistoceno y el Holoceno temprano. El seguimiento de este proceso podría explicar, "como parece ser con el maíz, por qué las personas eligieron esas especies en particular y no otras, y por qué el proceso de domesticación tuvo lugar cuando lo hizo".
Piperno planea continuar su investigación realizando estudios de selección artificial, cultivando varias generaciones de plantas para observar la herencia de los fenotipos inducidos similares al maíz. Ella dice que la plasticidad fenotípica se está convirtiendo en una parte importante de lo que los científicos llaman "la nueva síntesis moderna", ampliando la forma en que los científicos ven el efecto del medio ambiente sobre el cambio evolutivo.
"Básicamente hemos abierto una ventana", dice Piperno.
