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Dispersión de semillas antropogénicas: repensar los orígenes de la domesticación de las plantas


Las plantas consumidas para la alimentación han cambiado drásticamente en los 10,000 años desde que los humanos comenzaron a practicar la agricultura, pero los homínidos han estado interactuando intensamente con las plantas y animales a su alrededor desde antes del amanecer de nuestra especie. 


por Max Planck Society


A medida que los humanos se dieron cuenta de la capacidad de modificar los cultivos a través de la cría selectiva, la evolución de nuevos rasgos en las plantas aumentó considerablemente. Sin embargo, las plantas han evolucionado en respuesta a las presiones selectivas humanas desde mucho antes de que las personas comenzaran a alterarlas conscientemente a través de la reproducción.

En un nuevo estudio publicado en Trends in Plant Science , el Dr. Robert Spengler examina estas respuestas evolutivas y teoriza que todos los primeros rasgos que evolucionaron en los parientes silvestres de los cultivos domesticados modernos están relacionados con la dispersión de semillas humanas y la necesidad evolutiva de una planta. para difundir su descendencia.

Síndrome de domesticación y la aparición de rasgos similares.

Muchos de los primeros rasgos de domesticación en las plantas son similares en diferentes especies de cultivos, un fenómeno que los biólogos evolutivos denominan evolución paralela . Por ejemplo, en todos los cultivos de césped de semillas grandes, por ejemplo, trigo, cebada, arroz, avena, el primer rasgo de la domesticación es un endurecimiento del raquis (el tallo individual que sostiene un grano de cereal en la espiga). Del mismo modo, en todas las legumbres de semillas grandes, como los guisantes, las lentejas, las habas y los frijoles, el primer rasgo de la domesticación es una vaina que no se rompe.

Los arqueobotánicos que estudian la domesticación temprana de las plantas coinciden en que la evolución de raquis más duras en los cultivos de cereales fue el resultado de que los humanos usaran hoces para cosechar granos. Durante una cosecha, los especímenes con los raquis más frágiles perdieron sus semillas, mientras que las plantas con raquis más resistentes se beneficiaron al proteger y guardar sus semillas para el año siguiente. Luego, los humanos eliminaron las plantas competitivas (desmalezado), la tierra cultivada, sembraron semillas y mantuvieron los cultivos hasta la próxima cosecha. Podemos suponer que ocurrió el mismo proceso para las legumbres.

Durante casi un siglo, los académicos han sido conscientes del hecho de que esta evolución paralela fue el resultado de presiones selectivas similares de personas en diferentes centros de domesticación en todo el mundo, lo que lleva a lo que muchos investigadores llaman «síndrome de domesticación». Spengler sugiere que, en el sentido biológico más simple, los humanos brindan mejores servicios de dispersión de semillas para los cultivos alimentarios que esas plantas habrían tenido en la naturaleza, lo que hace que desarrollen rasgos que facilitaron la agricultura y mejoraron sus propias posibilidades de reproducción.

Dispersión de semillas antropogénicas: repensar los orígenes de la domesticación de las plantas.
Los progenitores salvajes de las legumbres domesticadas, como este pariente salvaje de los guisantes (Lathyrus), explotan y disparan sus semillas cuando están maduros. Los primeros pasos hacia la domesticación incluyeron una pérdida de este rasgo a favor de retener semillas en sus vainas para que los humanos las recolecten. Los humanos se convirtieron en los dispersores obligados de estas leguminosas domesticadas. Crédito: Robert Spengler

La evolución de los rasgos de dispersión de semillas en cultivos

Los arqueobotánicos han estudiado los rasgos de dispersión de semillas en los parientes silvestres de los cultivos de cereales y leguminosas, pero pocos han discutido cómo los parientes silvestres de otros cultivos dispersaron sus semillas. En este manuscrito, Spengler se aleja del gran enfoque en estas pocas plantas y observa los procesos de dispersión de semillas silvestres en otros cultivos.

Spengler señala que antes de la última Edad de Hielo, los mamíferos megafaunales, incluidos los humanos, eran clave para la evolución de las frutas más grandes en la naturaleza. Si bien algunas plantas tienen métodos mecánicos de dispersión de semillas, la forma más común en que las plantas esparcen sus semillas es reclutando animales para que lo hagan por ellas. Las cerezas rojas brillantes, por ejemplo, han evolucionado para atraer a las aves con visión de color rojo-verde. Las aves consumen la fruta azucarada, luego vuelan a una nueva área y depositan la semilla de la cereza. Sin embargo, las frutas más grandes requieren animales más grandes para distribuirlas, lo que significa que las plantas progenitoras para la mayoría de las frutas en nuestros mercados de productos agrícolas hoy en día evolucionaron para ser propagadas por grandes mamíferos. Los paleontólogos han notado previamente la evolución paralela de frutas más grandes para atraer animales más grandes en muchas familias de plantas no relacionadas,

Spengler también teoriza que los mamíferos megafaunales pueden haber sido clave para la dispersión de semillas en los progenitores de granos de semillas pequeñas, como la quinua, el mijo y el trigo sarraceno. Con semillas lisas y de cáscara dura que crecen en la parte superior de la planta, sin compuestos defensivos secundarios o espinas, y una rápida tasa de crecimiento, el follaje de estas plantas es el alimento perfecto para el pastoreo de animales. El pequeño tamaño de estas semillas silvestres puede haber sido una adaptación evolutiva que les permitió pasar con éxito a través del sistema digestivo de mamíferos con pezuñas, que a menudo solo permiten el paso de semillas de menos de 2 mm. La conceptualización de la domesticación como evolución basada en la dispersión de semillas, como propone Spengler, explica por qué los primeros rasgos de la domesticación en todos los cultivos anuales de semillas pequeñas el adelgazamiento de la cubierta de la semilla, un aumento en el tamaño de la semilla y la ruptura de la latencia, una reversión de los rasgos que permitieron la dispersión de la semilla por los mamíferos en pastoreo. El proceso de domesticación cortó los lazos mutualistas que estas plantas tenían con sus dispersores de semillas silvestres y los hizo dependientes de los humanos para su dispersión.

Dispersión de semillas antropogénicas: repensar los orígenes de la domesticación de las plantas.
Un grano de cebada salvaje con una imagen ampliada de la base del raquis. En esta forma salvaje, el raquis se arranca limpiamente de la espiga cuando está maduro. En la forma domesticada, el raquis tiene que ser retirado de la oreja por la fuerza causando una rotura irregular. Los arqueobotánicos buscan especímenes con la ruptura irregular como la primera indicación de plantas que evolucionan en respuesta a las prácticas de cultivo humano. Crédito: Robert Spengler

Entendiendo la domesticación de las plantas como mutualismo basado en la dispersión de semillas

Durante el Holoceno temprano y medio, las plantas en lugares específicos de todo el mundo comenzaron a desarrollar nuevos rasgos en respuesta a las prácticas de cultivo humano. A medida que las poblaciones humanas aumentaron de tamaño y se concentraron más, aumentaron las presiones selectivas que las personas colocaron en estas plantas. En la naturaleza, las plantas a menudo desarrollan relaciones mutualistas en respuesta a fuertes presiones herbívoras. Las mismas respuestas evolutivas, argumenta Spengler, se pueden ver en los campos de los agricultores durante los primeros pasos hacia la domesticación, con plantas desarrollando rasgos para usar mejor a los humanos como dispersores de semillas.

«Los humanos son los mejores dispersores de semillas que han existido, dispersando especies de plantas en todo el mundo», dice Spengler. «Actualmente estamos eliminando todas las especies de plantas competitivas en todo el Amazonas para difundir semillas de soja, una planta que originalmente desarrolló rasgos para una relación mutualista con los humanos en el este de Asia. Del mismo modo, la mayoría de las praderas del Medio Oeste de Estados Unidos se han eliminado para crecer. maíz, un cultivo que evolucionó para reclutar humanos en el sur tropical de México. Los humanos son poderosos dispersores de semillas y las plantas desarrollarán fácilmente nuevos rasgos para esparcir sus semillas y colonizar nuevas áreas con más éxito «.

El Dr. Spengler es el director de los laboratorios arqueobotánicos del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Historia Humana en Jena, Alemania. «Es importante observar la domesticación de las plantas desde una perspectiva de ecología evolutiva y buscar paralelismos entre la evolución de las plantas en la naturaleza y durante el cultivo temprano», dice Spengler. «Al modelar la domesticación como un proceso equivalente a la evolución en la naturaleza y dejar de lado la idea de la innovación humana consciente, podemos estudiar de manera más efectiva las preguntas de por qué y cómo ocurrió este proceso».


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