DNA cổ đại tiếp tục viết lại lịch sử hình thành xã hội 9.000 năm của ngô

 DNA cổ đại tiếp tục viết lại lịch sử hình thành xã hội 9.000 năm của ngô 

Huỳnh Thị Đan Anh theo Phys.org

Khoảng 9.000 năm trước, ngô như ngày nay vẫn chưa tồn tại. Các dân tộc cổ đại ở Tây Nam Mexico bắt gặp một loại cỏ hoang dã có tên là teosinte có những bắp ngô nhỏ hơn ngón tay út với chỉ một ít hạt. Nhưng nhờ sự thông minh hoặc sự cần thiết lương thực, những người trồng trọt bản địa này đã nhìn thấy tiềm năng trong hạt, thêm vào khẩu phần ăn của họ và đưa nó thành một loại cây trồng thuần hóa hiện đang nuôi sống hàng tỷ người.

Mặc dù ngô quan trọng như thế nào đối với cuộc sống hiện đại, những lỗ hổng vẫn còn trong sự hiểu biết về hành trình xuyên không gian và thời gian của nó. Giờ đây, một nhóm do các nhà nghiên cứu Smithsonian đồng dẫn đầu đã sử dụng DNA cổ đại để lấp đầy một vài khoảng trống đó.

Nghiên cứu mới, tiết lộ chi tiết về lịch sử 9.000 năm của ngô, là một ví dụ điển hình về những cách mà nghiên cứu cơ bản về DNA cổ đại có thể mang lại những hiểu biết sâu sắc về lịch sử loài người mà nếu không thì không thể tiếp cận được, đồng tác giả Logan Kistler, người phụ trách nghiên cứu cổ học cho biết và cổ vật tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Quốc gia Smithsonian.

Kistler cho biết: “Quá trình thuần hóa - sự tiến hóa của các loài thực vật hoang dã qua hàng nghìn năm thành cây trồng cung cấp thức ăn cho chúng ta ngày nay - được cho là quá trình quan trọng nhất trong lịch sử loài người và ngô là một trong những cây trồng quan trọng nhất hiện nay được trồng trên hành tinh. Hiểu thêm về bối cảnh tiến hóa và văn hóa của quá trình thuần hóa có thể cung cấp cho chúng ta thông tin quý giá về loại thực phẩm mà chúng ta hoàn toàn tin tưởng này và vai trò của nó trong việc hình thành nền văn minh như chúng ta biết".

Trong số ra ngày 14 tháng 12 trên tạp chí Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, Kistler và một nhóm cộng tác quốc tế đã báo cáo về bộ gen được giải trình tự đầy đủ của ba lõi ngô khoảng 2.000 năm tuổi từ hang El Gigante ở Honduras. Phân tích ba bộ gen cho thấy rằng những giống ngô Trung Mỹ lâu đời hàng thiên niên kỷ này có tổ tiên là Nam Mỹ và thêm một chương mới trong câu chuyện phức tạp mới nổi về lịch sử thuần hóa ngô.

Kistler cho biết: “Chúng tôi cho thấy rằng con người đã mang ngô từ Nam Mỹ trở lại trung tâm thuần hóa ở Mexico. Điều này sẽ cung cấp sự đa dạng di truyền có thể tăng thêm khả năng phục hồi hoặc tăng năng suất. Nó cũng nhấn mạnh rằng quá trình thuần hóa và cải thiện cây trồng không chỉ đi theo một đường thẳng".

Con người lần đầu tiên bắt đầu nhân giống có chọn lọc teosinte tổ tiên hoang dã của ngô vào khoảng 9.000 năm trước ở Mexico, nhưng các giống cây trồng đã được thuần hóa một phần đã không đến được phần còn lại của Trung và Nam Mỹ trong 1.500 và 2.000 năm, tương ứng.

 

Sự phân hạng loại lõi ngô ở nhiều độ tuổi khác nhau được tìm thấy tại hang El Gigante ở Honduras. Sau khi các nhà khoa học lần đầu tiên phát hiện ra tàn tích của một loài đã được thuần hóa hoàn toàn và giống ngô 4.300 năm tuổi năng suất cao tại hang El Gigante, một nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm các địa tầng khảo cổ xung quanh địa điểm để tìm lõi ngô, hạt khác hoặc bất cứ thứ gì khác có thể tạo ra vật liệu di truyền. Họ cũng bắt đầu làm việc để giải trình tự một số mẫu ngô 4.300 năm tuổi tại El Gigante - nơi có những dấu vết lâu đời nhất của canh tác ngô. Trong hơn hai năm, nhóm nghiên cứu đã cố gắng giải trình tự 30 mẫu, nhưng chỉ có ba mẫu có chất lượng phù hợp để giải trình tự một bộ gen đầy đủ. Ba mẫu khả thi đều đến từ lớp phía trên của hang carbon có niên đại từ 2.300 đến 1.900 năm trước - cho thấy sự chồng chéo di truyền giữa ba mẫu ở Honduras và các giống ngô từ Nam Mỹ. Trong số ra ngày 14 tháng 12 của tạp chí Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Quốc gia Khoa học, Logan Kistler, người phụ trách khoa học cổ sinh vật học và cổ vật học tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Quốc gia Smithsonian, một nhóm quốc tế gồm các cộng tác viên báo cáo bộ gen được giải trình tự đầy đủ của ba lõi ngô khoảng 2.000 năm tuổi từ hang El Gigante ở Honduras. Phân tích ba bộ gen tiết lộ rằng những giống ngô Trung Mỹ hàng thiên niên kỷ này có tổ tiên là Nam Mỹ và thêm một chương mới trong câu chuyện phức tạp mới nổi về lịch sử thuần hóa ngô. Ảnh: Thomas Harper.

 

Trong nhiều năm, suy nghĩ thông thường của các học giả cho rằng ngô đầu tiên được thuần hóa hoàn toàn ở Mexico và sau đó lan rộng ra các nơi khác. Tuy nhiên, sau khi những cây ngô 5.000 năm tuổi được tìm thấy ở Mexico hóa ra chỉ được thuần hóa một phần, các học giả bắt đầu xem xét lại liệu suy nghĩ này có nắm bắt được toàn bộ câu chuyện thuần hóa của ngô hay không.

Sau đó, trong một nghiên cứu mang tính bước ngoặt năm 2018 do Kistler dẫn đầu, các nhà khoa học đã sử dụng DNA cổ đại để chỉ ra rằng trong khi những bước đầu tiên của teosinte để thuần hóa diễn ra ở Mexico, quá trình này vẫn chưa hoàn thành khi lần đầu người ta bắt đầu mang nó từ phía Nam đến Trung và Nam Mỹ. Ở ba vùng này, quá trình thuần hóa và cải tạo cây trồng diễn ra song song với tốc độ khác nhau.

Trong một nỗ lực trước đó để tìm hiểu các chi tiết của câu chuyện thuần hóa phong phú và phức tạp hơn này, một nhóm các nhà khoa học bao gồm Kistler đã phát hiện ra rằng những tàn tích ngô 4.300 năm tuổi từ hang El Gigante ở Trung Mỹ đã đến từ một loài đã được thuần hóa hoàn toàn và giống năng suất cao.

Điều ngạc nhiên là ngô thuần hóa hoàn toàn tại El Gigante được phát hiện cùng tồn tại trong một khu vực không xa Mexico - nơi ngô được thuần hóa một phần. Kistler và đồng trưởng dự án Douglas Kennett, một nhà nhân chủng học tại Đại học California, Santa Barbara, đã hợp tác để biến đổi gen xác định nguồn gốc của ngô El Gigante.

Kennett cho biết: “Hang El Gigante rất đáng chú ý vì nó chứa các di tích thực vật được bảo tồn tốt kéo dài suốt 11.000 năm qua. Hơn 10.000 tàn dư ngô, từ toàn bộ lõi ngô đến thân và lá rời rạc, đã được xác định. Nhiều tàn dư trong số này có niên đại muộn, nhưng thông qua một nghiên cứu rộng rãi về cacbon phóng xạ, chúng tôi có thể xác định một số tàn dư có niên đại cổ nhất là 4.300 năm trước".

Họ đã tìm kiếm các địa tầng khảo cổ xung quanh hang El Gigante để tìm lõi ngô, hạt hoặc bất cứ thứ gì khác có thể tạo ra vật liệu di truyền và nhóm bắt đầu làm việc để giải trình tự một số mẫu ngô 4.300 năm tuổi của địa điểm mà có dấu vết lâu đời nhất của cây trồng tại El Gigante.

Trong hơn hai năm, nhóm nghiên cứu đã cố gắng giải trình tự 30 mẫu, nhưng chỉ có ba mẫu có chất lượng phù hợp để giải trình tự một bộ gen đầy đủ. Ba mẫu khả thi đều được tìm thấy từ lớp phía trên của hang đá carbon có niên đại từ 2.300 đến 1.900 năm trước.

 

Phân loại được các lõi ngô ở nhiều độ tuổi khác nhau tìm thấy ở hang El Gigante -Honduras. Sau khi các nhà khoa học lần đầu tiên phát hiện ra tàn tích của một loài đã được thuần hóa hoàn toàn và giống ngô 4.300 năm tuổi năng suất cao tại hang El Gigante, một nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm các địa tầng khảo cổ xung quanh địa điểm để tìm lõi ngô, hạt hoặc bất cứ thứ gì khác có thể tạo ra vật liệu di truyền. Họ cũng bắt đầu làm việc để giải trình tự một số mẫu ngô 4.300 năm tuổi ở địa điểm có những dấu vết lâu đời nhất của vụ mùa ở El Gigante. Trong hai năm, nhóm nghiên cứu đã cố gắng giải trình tự 30 mẫu, nhưng chỉ có ba mẫu có chất lượng phù hợp để giải trình tự một bộ gen đầy đủ. Ba mẫu khả thi đều đến từ lớp phía trên của hang đá carbon có niên đại từ 2.300 đến 1.900 năm trước - cho thấy sự trùng lặp về gen giữa ba mẫu từ hang ở Honduras và các giống ngô từ Nam Mỹ. Ảnh: Thomas Harper.

 

Với ba bộ gen được sắp xếp theo trình tự của ngô từ El Gigante, các nhà nghiên cứu đã phân tích chúng dựa trên một bảng gồm 121 bộ gen đã được công bố của các giống ngô khác nhau, trong đó có 12 bộ có nguồn gốc từ lõi và hạt ngô cổ đại. So sánh cho thấy một sự trùng lặp số đoạn về di truyền giữa ba mẫu từ hang ở Honduras và các giống ngô từ Nam Mỹ.

Kistler nói: “Mối liên hệ giữa gen với Nam Mỹ rất tinh tế nhưng nhất quán. Chúng tôi lặp lại phân tích nhiều lần bằng cách sử dụng các phương pháp và thành phần mẫu khác nhau nhưng vẫn nhận được cùng một kết quả".

Kistler, Kennett và các đồng tác giả của họ tại các tổ chức hợp tác, bao gồm Đại học Texas A&M, Đại học Bang Pennsylvania cũng như Viện Francis Crick và Đại học Warwick ở Vương quốc Anh, đưa ra giả thuyết rằng việc đưa các giống Nam Mỹ vào Trung Mỹ có thể đã bắt đầu phát triển các giống lai có năng suất cao hơn trong khu vực.

Mặc dù kết quả chỉ bao gồm các mẫu ngô El Gigante có niên đại khoảng 2.000 năm trước, Kistler cho biết hình dạng và cấu trúc của lõi ngô từ lớp khoảng 4.000 năm tuổi cho thấy chúng có năng suất gần như năng suất các mẫu mà ông và các đồng tác giả đã giải trình tự. Đối với Kistler, điều này có nghĩa là sự cải thiện mùa màng có khả năng xảy ra trước đó chứ không phải trong khoảng 2.000 năm hoặc xen kẽ các lớp khảo cổ này ở El Gigante. Nhóm nghiên cứu đưa ra giả thuyết thêm rằng chính sự ra đời của các giống ngô Nam Mỹ và gen của chúng, ít nhất 4.300 năm trước, có thể đã làm tăng năng suất ngô ở khu vực và sự phổ biến của ngô trong chế độ ăn của những người sống trong khu vực rộng lớn hơn, như được phát hiện trong một nghiên cứu gần đây do Kennett dẫn đầu.

Kennett cho biết: “Chúng tôi bắt đầu thấy sự kết hợp của dữ liệu từ nhiều nghiên cứu ở Trung Mỹ cho thấy rằng ngô đang trở thành một loại cây trồng năng suất cao hơn với tầm quan trọng ngày càng tăng trong chế độ ăn uống từ 4.700 đến 4.000 năm trước.

Kết hợp với nghiên cứu gần đây của Kennett, những phát hiện mới nhất cho thấy điều gì đó quan trọng có thể đã xảy ra trong quá trình thuần hóa ngô khoảng 4.000 năm trước ở Trung Mỹ và sự đưa vào để làm đa dạng di truyền từ Nam Mỹ có thể liên quan đến nó. Thời điểm được đề xuất này cũng phù hợp với sự xuất hiện của các cộng đồng nông nghiệp định cư đầu tiên ở Mesoamerica mà cuối cùng đã làm phát sinh các nền văn minh lớn ở châu Mỹ, Olmec, Maya, Teotihuacan và Aztec, mặc dù Kistler đã vội vàng chỉ ra rằng ý tưởng này vẫn được cho là suy đoán.

Kistler nói: “Chúng tôi rất nóng lòng muốn tìm hiểu chi tiết về những gì đã xảy ra vào khoảng thời gian 4.000 năm. Có rất nhiều mẫu ngô khảo cổ chưa được phân tích về mặt di truyền. Nếu chúng tôi bắt đầu thử nghiệm thêm những mẫu này, chúng tôi có thể bắt đầu trả lời những câu hỏi còn tồn tại về tầm quan trọng của việc tái nhập các giống Nam Mỹ này”.