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Para decodificar o mistério do milho, os cientistas do Smithsonian recriam a Terra 10 000 anos atrás

O milho, uma cultura que é cultivada em todos os continentes, com exceção da Antártida, parece muito pouco com seu ancestral, uma gramínea selvagem com grãos duros que cresce hoje no sudoeste do México e é chamada de teosinto.

Os botânicos debateram durante quase um século sobre a origem do milho, acreditando em certo ponto que a planta moderna era descendente de um milho selvagem extinto, ou algo ainda não descoberto. Os geneticistas, no entanto, acabaram determinando, em 1990, que o milho estava relacionado ao teosinto de grãos duros, e concluíram que a planta gorda e suculenta que conhecemos hoje é a forma domesticada da grama selvagem. Entre 10 mil e 13 mil anos atrás, raciocinaram os cientistas, os fazendeiros selecionaram e plantaram as sementes com características favoráveis ​​e, com o tempo, a planta foi transformada.

Mas em um estudo publicado na semana passada na revista Quaternary International, a pesquisadora do Smithsonian, Dolores Piperno, um arqueobotânico que trabalha na estação de campo do Instituto de Pesquisa Tropical Smithsonian em Gamboa, Panamá, compartilhou uma nova hipótese de “máquina do tempo”. Sob condições ambientais passadas, ela e seus colegas dizem que o teosinte parecia muito diferente do que é hoje e se assemelhava mais ao milho moderno do que agora. Isso pode esclarecer por que os primeiros agricultores escolheram cultivá-lo.

Sob condições ambientais passadas, Piperno (carregando teosinte moderno) e seus colegas dizem que o ancestral da era Pleistoceno era muito diferente do que é hoje e se assemelhava mais ao milho moderno. Sob condições ambientais passadas, Piperno (carregando teosinte moderno) e seus colegas dizem que o ancestral da era Pleistoceno era muito diferente do que é hoje e se assemelhava mais ao milho moderno. (Matthew Lachniet)

“Sabemos que entre 10 mil e 13 mil anos atrás”, diz Piperno, “quando os caçadores-coletores começaram a explorar os ancestrais selvagens das plantações de hoje e quando os primeiros agricultores começaram a cultivar as safras, a temperatura e o CO2 atmosférico eram muito diferentes. "

Piperno trabalhou com Klaus Winter, que projetou uma estufa com câmara de vidro - a máquina do tempo - mantida com baixos níveis de CO2 e mantida a temperaturas mais baixas, semelhantes às dos períodos do final do Pleistoceno e do Holoceno. Para fins de controle, outra estufa que imitava o ambiente de hoje foi preparada nas proximidades. Piperno e seus colegas então plantaram teosinte em ambas as câmaras.

Foi enquanto estudava a história fóssil do milho e as condições ambientais do passado que Piperno começou a se perguntar como seriam os ancestrais da planta durante o final do Pleistoceno e o início do Holoceno, quando foram colhidos e cultivados pela primeira vez. Naquela época, a temperatura era de 3, 5 a 5, 4 graus mais fria do que é hoje, e o CO2 atmosférico pairava em níveis em torno de 260 partes por milhão. Mais tarde, durante a Revolução Industrial, o CO2 subiria para as atuais 405 partes por bilhão, o nível no qual a planta de teosinto, alta e de longo crescimento, agora cresce.

A planta fenotípica semelhante ao milho da A planta fenotípica do tipo milho da câmara "máquina do tempo" (A) tem um único pendão que termina o caule principal e as orelhas femininas aparecem ao longo do caule principal (setas). A inserção no canto superior direito é um close de uma das orelhas femininas. O teosinte moderno cultivado na câmara de controle (B) tem muitos ramos laterais primários longos (exemplo, seta branca superior) terminados por borlas (seta preta). As orelhas femininas não desenvolvidas podem ser vistas nos ramos laterais secundários (setas brancas). (Irene Holst, STRI)

Piperno estava interessado em estudos examinando como os futuros aumentos de CO2 e temperatura poderiam induzir algo chamado “plasticidade fenotípica”, ou mudanças nas aparências da planta em resposta ao seu ambiente. A plasticidade fenotípica pode fazer com que dois organismos geneticamente idênticos pareçam diferentes se cultivados em condições separadas.

Na “máquina do tempo”, Piperno e Klaus ficaram intrigados ao descobrir que as plantas de teosinte se tornaram mais parecidas com o milho que cultivamos e comemos hoje. Embora o teosinte de hoje possua numerosos galhos com as orelhas crescendo em galhos secundários, as plantas de estufa tinham um único caule principal encimado por um único pendão, bem como vários ramos curtos com orelhas. E as sementes também eram diferentes: ao contrário das sementes de teosinto selvagem, que amadureciam sequencialmente, todas as sementes das plantas experimentais amadureciam todas ao mesmo tempo, semelhantes às sementes de milho ou sementes. As sementes de teosinto de hoje são fechadas em brácteas vegetativas apertadas, mas a máquina do tempo produziu plantas com grãos de sementes que foram expostos.

De acordo com Piperno, menos galhos, junto com sementes facilmente visíveis, tornariam o teosinte uma colheita mais fácil de ser colhida. Estas características - que se pensava anteriormente terem derivado da seleção e domesticação humanas - poderiam ter sido estimuladas por mudanças ambientais que induziam a plasticidade fenotípica.

Dentro da câmara da máquina do tempo, o teosinte foi cultivado em condições que poderia ter encontrado há 10.000 anos. Dentro da câmara da máquina do tempo, o teosinte foi cultivado em condições que poderia ter encontrado há 10.000 anos. (Irene Holst, STRI)

Parece que o ambiente desempenhou um papel "significativo, embora casual" no foco no teosinte para o cultivo, diz Piperno. Características semelhantes às do milho “deram aos primeiros agricultores uma vantagem inicial”.

Daniel Sandweiss, professor de Antropologia e Quaternário e Estudos Climáticos da Universidade do Maine, realizou uma extensa pesquisa sobre as primeiras mudanças climáticas na América Latina. Ele chamou o experimento de Piperno de “inovador” e disse acreditar que isso “se tornaria um modelo para toda uma série de estudos”.

Piperno, Klaus e sua equipe também estavam interessados ​​em ver como um notável aumento de temperatura e CO2 ocorrido entre as épocas do Pleistoceno e do Holoceno pode ter influenciado a produtividade das plantas, e poderia ajudar a explicar uma possível razão pela qual a agricultura começou durante esse período. não antes.

Durante o Pleistoceno, os níveis atmosféricos de CO2 foram ainda menores do que durante o Holoceno - pelo menos um terço - e a temperatura foi de 5 a 7 graus mais fria. Os níveis e temperaturas de CO2 do período Pleistoceno eram fatores limitantes no crescimento das plantas, concluiu Piperno, que havia visto pesquisas anteriores sugerindo que o cultivo de plantas em um ambiente com baixas emissões de CO2 inibia a fotossíntese e reduzia o rendimento das sementes.

O ancestral selvagem do milho, o teosinto, é mostrado crescendo sob condições climáticas modernas (câmara à esquerda) e sob condições climáticas passadas (câmara à direita). Cientistas do Smithsonian Dolores Piperno (à direita) com Irene Holst. O ancestral selvagem do milho, o teosinto, é mostrado crescendo sob condições climáticas modernas (câmara à esquerda) e sob condições climáticas passadas (câmara à direita). Cientistas do Smithsonian Dolores Piperno (à direita) com Irene Holst. (Sean Mattson)

Os próprios resultados de Piperno ecoaram estudos anteriores; O teosinte também formou mais sementes na câmara com temperatura mais quente e aumento de CO2. Esse fenômeno talvez tenha feito da agricultura, pela primeira vez, uma prática sustentável para alimentar as famílias. O aumento da produtividade da fábrica, diz Piperno, transformou a agricultura em "uma boa estratégia adaptativa".

"Os resultados são surpreendentes", diz Sandweiss, que observou que a aparência do teosinte havia bloqueado os cientistas há muito tempo. Depois de ver como era o teosinte nas condições de crescimento do Pleistoceno, sua relação com o milho começou a "fazer muito mais sentido".

O experimento de Piperno também pode ajudar cientistas e arqueólogos a entender o processo e o momento da domesticação das culturas em todo o mundo, observou Sandweiss. O trigo, a cevada e o arroz também podem ter sofrido alterações fenotípicas e aumentado a produtividade no final do Pleistoceno e no início do Holoceno. O rastreamento desse processo pode explicar, “como parece com o milho, por que as pessoas escolheram essas espécies em particular e não outras, e por que o processo de domesticação ocorreu quando aconteceu”.

Piperno planeja continuar sua pesquisa conduzindo estudos de seleção artificial, cultivando várias gerações de plantas para observar a herança dos fenótipos induzidos do tipo milho. Ela diz que a plasticidade fenotípica está se tornando uma parte importante do que os cientistas chamam de "a nova síntese moderna" - ampliando a forma como os cientistas vêem o efeito do ambiente na mudança evolutiva.

"Basicamente, abrimos uma janela", diz Piperno.

Para decodificar o mistério do milho, os cientistas do Smithsonian recriam a Terra 10 000 anos atrás