Почему все тыквы на Земле должны были вымереть 12 000 лет назад, но выжили

Примерно 30 000 лет назад на заболоченной окраине поймы реки Флорида голодный американский мастодонт бродил по мокрой траве в поисках пищи. По земле были разбросаны небольшие пятнистые шарики размером с теннисный мяч. Для белки, оленя или примата эти плоды были недоступны. Их мякоть, заключенная в древесную, почти непроницаемую кожуру, была насыщена кукурбитацинами – одними из самых горьких и токсичных соединений в природе. Несколько укусов могли вызвать отравление или даже смерть у мелкого млекопитающего.

Однако для многотонного мастодонта эти маленькие тыквы были вполне приемлемой закуской. Гигантский хоботный зверь давил твердые скорлупки массивными коренными зубами и проглатывал горькую кашицу, не дрогнув. Затем он оставлял непереваренные семена в кучах богатого питательными веществами навоза, распространяя их на большие расстояния. На протяжении миллионов лет именно так существовал род Cucurbita – ботаническая группа, включающая современные тыквы, кабачки и другие тыквенные. Затем, в конце плейстоценовой эпохи, мастодонты исчезли. И по всем стандартным правилам эволюции тыква должна была последовать за ними в небытие.

Судя по всему, современная оранжевая тыква – это то, что биологи называют эволюционным анахронизмом, то есть вид, который эволюционировал, чтобы выжить в мире, который исчез. Родословная тыквы началась с вымерших гигантов, и она была спасена в последний момент тем самым видом существ, которых плоды должны были отпугивать. Большинство мясистых плодов от черники до сливы эволюционировали как яркие, богатые сахаром приманки. Растения тратят энергию на то, чтобы сделать их мягкими и вкусными, чтобы птицы и млекопитающие ели их и распространяли семена. Дикие тыквенные растения пошли по противоположному пути. Кажется, все в их строении создано для того, чтобы предупреждать: «Не ешьте меня!»

В 2015 году группа исследователей во главе с антропологом и археоботаником Логаном Кистлером опубликовала в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences исследование, в котором объяснила, почему дикие тыквы вызывают такой агрессивный и неприятный привкус. Они пришли к выводу, что тыквенные культуры эволюционировали исключительно для мегафауны ледникового периода, огромные размеры которой сделали животных устойчивыми к токсинам.

Первое неопровержимое доказательство было найдено в реке Аусилла на севере Флориды. В 1998 году палеоботаники, изучавшие сохранившиеся 30000-летние экскременты мастодонта, обнаружили в древних фекалиях десятки целых семян дикой тыквы. Гигантские травоядные животные, такие как мастодонты, гомфотерии и гигантские наземные ленивцы, были единственными животными, обладавшими достаточной силой челюстей, чтобы с легкостью раскалывать бронированную кожуру тыквы, не дробя при этом семена внутри.

Не менее важно и то, что эти доисторические гиганты были инженерами-экологами. Дикие тыквенные – это сорные, раскидистые лианы, которые с трудом переносят густые темные леса; им нужен солнечный свет и перекопанная почва. Пока мегафауна прорубалась сквозь кустарник, ломала ветви и топтала растительность, они поддерживали открытые, нарушенные почвенные местообитания, необходимые диким тыквам для прорастания.

Но зачем растению делать свои плоды ядовитыми, если весь смысл плода в том, чтобы его ели? Дело в том, что растение избирательно относится к тому, кто его ест. С точки зрения тыквы, мышь или олень – ужасные распространители семян. Когда мелкие млекопитающие обгрызают тыкву, их острые зубы перемалывают семена в кашицу, уничтожая их шансы на размножение. Мастодонт же, напротив, является идеальным партнером, потому что он проглатывает плод целиком, позволяет семенам пройти через его пищеварительный тракт невредимыми и откладывает их за много километров в кучу удобрений.

Само растение никак не может влиять на свой внешний вид и развитие. Эволюция направляется естественным отбором, и то, как растение выглядит или размножается, – это результат того, что определенные штаммы с определенными случайными мутациями вытесняют другие, менее оптимизированные для данной среды обитания. Биологи называют эту эволюционную стратегию направленным сдерживанием – своего рода биологическим вышибалой, который отравляет нежелательных гостей, пропуская при этом VIP-персон.

Можно увидеть, как работает направленный сдерживающий эффект, на примере перца чили. Когда млекопитающие, такие как люди, едят его, их жевательные зубы раздавливают нежные семена внутри. Чтобы остановить нас, в процессе эволюции у перца развился капсаицин – химическое вещество, которое активирует болевые рецепторы во рту млекопитающих. Таким образом, он обманывает наш мозг, заставляя чувствовать, что язык буквально горит.

У птиц нет зубов, поэтому они проглатывают ягоды или плоды перца целиком и улетают, разбрасывая целые семена с пометом. Поскольку птицы являются идеальными доставщиками перца, эволюция сформировала капсаицин таким образом, что болевые рецепторы у птиц совершенно не реагируют на него. Птица может проглотить самый острый в мире хабанеро, не почувствовав ничего.

Чтобы проверить, как древние животные реагировали бы на эту химическую защиту в случае предков тыквы, Логан Кистлер и его коллеги проанализировали геномы более 40 видов млекопитающих, от крошечных землероек до современных слонов, подсчитав количество генов рецепторов горького вкуса TAS2R. Горечь в природе функционирует как система раннего предупреждения о яде, и исследователи обнаружили поразительную корреляцию: чем меньше млекопитающее, тем больше у него рецепторов горького вкуса.

Мелкие млекопитающие обладают огромным арсеналом генов, отвечающих за восприятие горького вкуса, поскольку даже крошечная доза растительного токсина может оказаться неэффективной для их небольшого организма. Гигантские млекопитающие, такие как слоны и их вымершие родственники мастодонты, имеют удивительно мало рецепторов горького вкуса. Из-за своей огромной массы они могут проглатывать огромные количества кукурбитацинов, не испытывая при этом негативных последствий, что делает химическое оружие тыквы бесполезным.

На протяжении миллионов лет эта система была герметичной. Мелкие измельчители семян отравлялись или испытывали отвращение, гигантские распространители – получали бесплатную еду. Примерно 12 000 лет назад, с отступлением ледниковых покровов плейстоцена и началом голоцена, это великое партнерство рухнуло. По всей Америке вымерли все наземные млекопитающие весом более 1000 килограммов – мамонты, мастодонты, гигантские ленивцы, токсодоны, – вероятно, из-за сочетания быстрых климатических изменений и появления новых охотников-людей.

Для тыквенных вымирание мегафауны стало «экзистенциальной катастрофой». В одночасье исчезли все распространители их семян. Хуже того, без гигантских травоядных, вытаптывающих ландшафт, густые леса сомкнулись над солнечными, нарушенными участками, где процветали лианы. Поскольку растения миллионы лет эволюционировали, чтобы отравлять всех выживших мелких млекопитающих на континенте, они не могли найти новых партнеров для распространения, по крайней мере, достаточно быстро с точки зрения эволюции.

Когда команда Кистлера секвенировала пластидные геномы 91 образца древних, диких и современных одомашненных тыквенных культур, они увидели генетические следы этого бутылочного горлышка. По всей Америке ареалы диких тыквенных культур распались и сократились, превратившись в изолированные экологические убежища. Многие дикие линии полностью вымерли. Фактически некоторые из самых известных нам сегодня тыкв, продающихся в супермаркетах, включая линию, от которой произошли тыквы и кабачки, не имеют известных сохранившихся диких предков на Земле.

Когда около 10 000 лет назад дикие тыквы начали вымирать, на помощь им пришел новый экологический инженер – скромный Homo sapiens. Подобно мастодонтам, древние люди расчищали землю, вскапывали почву вокруг своих лагерей и создавали теплые мусорные кучи, случайно воссоздавая среду обитания, в которой нуждались дикие тыквенные культуры. Однако если дикие тыквы были достаточно ядовиты, чтобы вызывать серьезные желудочно-кишечные расстройства, зачем древним людям их выращивать? Ответ не связан с питанием.

Археологи предполагают, что изначально люди рассматривали тыквенные культуры не как пищу, а как бытовые приспособления. Для охотников-собирателей до изобретения керамики твердая и полая тыква была очень полезна. Высушенная толстая кожура, которая когда-то защищала семена от зубов грызунов, использовалась для изготовления легких и прочных кувшинов для воды, мисок, контейнеров для хранения и даже поплавков для рыболовных сетей. Когда люди начали выращивать и хранить эти полезные тыквы рядом со своими поселениями, произошли два важных события, превративших горькие плоды в основную сельскохозяйственную культуру. Неизбежно, любопытные собиратели попробовали семена или мякоть мутировавших тыкв, лишенных обычного потока горьких токсинов, они бережно сохранили и пересадили эти пригодные для употребления в пищу семена.

В обычных условиях этот ранний процесс селекции был бы сорван дикими тыквами, растущими поблизости, пыльца которых, переносимая ветром и пчелами, постоянно перекрестно опыляла бы выращиваемые растения и насыщала бы их генофонд дикой, горькой ДНК. Вместо этого, поскольку дикие тыквенные культуры активно вымирали после ледникового периода, ухоженные человеком садовые участки оставались в естественной изоляции – защищенные от перекрестного опыления дикими растениями и способные быстро эволюционировать в сладкие, мясистые тыквы, которые мы едим сегодня.

По иронии эволюционного парадокса, именно тот коллапс, который едва не стер тыкву с лица земли, позволил древним коренным земледельцам Северной, Центральной и Южной Америки независимо друг от друга превратить ядовитые тыквы размером с бейсбольный мяч в сладкие, гигантские продукты питания, ставшие неотъемлемой частью рациона человека.

Поддержите меня переводом с карты по ссылке или QR-коду.

Поддержите меня донатом на Boosty.

Там же можно подписаться на ежемесячную поддержку.

Поделитесь этим постом!