5.000 år gammel majs: Spiste vores forfædre popcorn?

Et danskledet forskerhold har netop kortlagt arvematerialet af en 5.000 år gammel majs fra Mexico.

Genomet vidner om, hvordan de tidlige agerbrugere har formet majs og kaster nyt lys over de processer, der ligger bag den afgrøde, vi kender i dag.

»Majs er den vigtigste afgrøde, vi har i dag. Den dyrkes over hele Jorden, og det er virkelig interessant at finde ud af, hvordan den egentlig endte med at blive det,« siger lederen af studiet, post-doc. Nathan Wales på Center for GeoGenetik ved Statens Naturhistoriske Museum, Københavns Universitet.

»Det er et spændende studie, som giver os det hidtil ældste majsgenom af høj kvalitet,« siger post-doc. Kelly Swarts ved Max Planck Instituttet i Tübingen, Tyskland, som studerer majsens historie, men ikke har deltaget i studiet.

»Genomet afslører, at alle nutidens majs er efterkommere af majs fra et område i Mexico, og det støtter hypotesen om, at majs først blev domesticeret i lavlandet og siden dyrket af mennesker i det mexicanske højland, inden de spredte den nye afgrøde til resten af Amerika.«

Nathan Wales peger på, at studiet af forhistoriens genomer kan give vigtig, ny viden om nutidens majs.

»Ligesom at studier af neandertalerens genom de seneste år har givet en vigtig lærdom om mennesket og vist os gener, der kan have betydning for nutidens sundhed,« siger Wales.

Verdens vigtigste afgrøde var et mysterium

Majs er overalt – ikke bare i form af de store lækre majskolber, vi sætter tænderne i – men som popcorn, morgenmadsprodukter samt stivelse i alverdens madvarer. Og dertil er kød i køledisken ofte fra dyr, fedet op på majs, ligesom majs sågar indgår i fyrværkeri og papir.

Så majs er en utrolig vigtig afgrøde, der står for cirka en femtedel af klodens kalorieindtag, og som historisk har lagt grunden for Amerikas store civilisationer – og som ikke mindst er et ekstremt biologisk eksempel på, hvor dramatisk en forvandling en art kan gennemgå i hænderne på mennesket.

Men majsens oprindelse var i mange år et mysterium, simpelthen fordi ingen vilde planter i naturen ligner majs.

Vores andre afgrøder, om det er æbler eller hvede, har vilde stamformer, der ligner de afgrøder vi kender, men ikke majs.

Derfor troede botanikere længe, at forfaderen til majs måtte være uddød.

Vild græs-art ligner majs

Det ændrede sig med genetikeren George Beadle, der opdagede, at en vild græs, kaldet teosint, havde identiske kromosomer med majs, og da de to planters afkom er levedygtigt, sagde Beadle, at de var samme art, og majs blot var den domesticerede udgave af teosint.

Den konklusion var ekstremt kontroversiel, fordi teosint slet ikke ligner majs. Teosint er forgrenet, busket græs med små aks, hvis bittesmå kerner er kapslet ind i beskyttende skaller, der er så hårde, at de kan knække en tand, hvis man bider i dem.

Tidlige bønder frembragte majsen

For at gøre en lang historie kort var det afgørende spørgsmål, om mennesket kunne have stået bag en så voldsom forvandling.

Her lykkedes det Beadle at vise, at selv om de synlige forskelle mellem majs og teosint er så store, kan de tilskrives kun 4-5 gener. Dermed var det plausibelt, at tidlige bønders selektion havde frembragt majs på nogle årtusinder.

At så få gener kan have så stor betydning skyldes, at det er såkaldt regulatoriske gener, der som dirigenter svinger taktstokken over et helt orkester af andre gener, så selv en lille ændring kan give en stor forvandling af ’musikken’.

Majs stammer fra Balsas-dalen i Mexico

Siden har andre genetikere sammenlignet generne fra vilde teosintplanter med nutidens majsvarianter og fundet, at majsens oprindelse højst sandsynligt kan føres tilbage til én bestemt dal, Balsas-dalen, i Mexico for 9.000 år siden.

Arkæologer fulgte sporet op, og ganske rigtigt fandt de i huler, hvor menneskene havde levet, kværnsten med majs-mikrofossiler i jordlag, som de daterede til for 8.700 år siden.

Forskerne har kortlagt komplet genom af majs-fossil

De ældste makrofossiler af majs er omkring 5.000 år gamle og fundet i højlandet i det centrale Mexico, og det er genomet af en disse majskolber – ’Tehuacan162’ – forskerne nu har kortlagt.

Eller majskolbe er måske så flot et ord igen, for fossilet er mindre end et cigaretskod, helt præcist 16,3 mm langt og 3,1 mm tykt.

Det ligner en mikromajskolbe, som blot mangler at vokse sig stor og lækker.

»Genetisk set ligger fossilet lige halvvejs (mellem forfaderen til de første domesticerede majs for 9.000 år siden og nutidens majs, red.), og det er virkelig interessant, for det bekræfter, hvor majs kom fra og viser, at alle nutidens majs formentlig er efterkommere af den population, som den her tilhørte,« siger Nathan Wales.

Det kan han sige, fordi det ud fra fossilet er lykkedes at kortlægge et meget komplet genom, som faktisk er fuldt på højde med, eller tilmed bedre end, de majsgenomer, man ellers kortlægger.

Derfor kan forskerne nu nærstudere alle de interessante dele af arvematerialet og sammenligne status på udviklingen af de gener, som står bag den dramatiske forvandling.

Frøskallerne var det tidligste, bønderne ændrede

»Vi finder både ting, vi havde forventet, og overraskelser,« siger Nathan Wales.

En af de ting, de havde forventet, er et gen, kaldet tga1, som står bag teosints stenhårde frøkapsler.

Nu kan forskerne se, at genet tga1 allerede for 5.000 år siden var som i moderne majs, og det viser, at frøskallerne har været noget af det tidligste, som domesticeringsprocessen ændrede, hvilket gjorde kernerne let tilgængelige.

Det passer ifølge Kelly Swarts med andre studier, som har indikeret, at tga1 var et vigtigt, tidligt mål i domesticeringen af majs.

Majs er domesticeret anderledes end andre afgrøder

Men overraskende nok afslører genomet, at et andet gen, zagl1, er beholdt i den oprindelige vilde version.

Genet har betydning for, om kernerne bliver siddende på akset eller falder af, når de modnes. Det er et træk, hvor plante og menneske har modsatrettede interesser – planten vil gerne sprede sine kerner, mens mennesket gerne vil have dem, inden de falder af og derfor selekterer varianter, som holder længere på kornene.

Det overraskende er, at zagl1-genet er noget af det første, som er blevet domesticeret i andre afgrøder som byg.

Tidligere i år kortlagde andre forskere genomet af en 6.000 år gammel byg i Israel, hvor zagl1 er selekteret, og den byg, de analyserede, var grundlæggende meget lig nutidens byg.

»Vores fund viser, at domesticeringsprocessen kan være meget forskellig. Mens byg blev selekteret meget hurtigt, ser vi, at processerne i majs forløb over meget længere tid og fulgte et mere komplekst forløb,« siger Nathan Wales.

Baserede ikke kun livet på majs

Det afslører formentlig, at menneskets brug af majs i Mellemamerika har været anderledes end brugen af hvede i Mellemøsten, hvor forskerne siger, at den langsomme domesticering vidner om, at de tidlige jæger-samlere ikke har været så afhængige af majs, som jæger-samlerne var af byg i Mellemøsten.

»Mellemamerikanerne samlede vilde planter ved siden af at jage vilde dyr, og måske baserede de kun livet på majs i dele af året eller som nødforsyning,« siger Wales.

Fortidens genomer kan hjælpe majs i fremtiden

Præcis hvordan processerne er forløbet, spiller en vigtig rolle, også for nutidens majs.

»Hvis domesticeringen er forløbet hurtigt, har der formentlig været en stram, genetisk flaskehals, som betyder, at der er meget lille genetisk variation i de majstyper, vi har i dag, og de kan være mere sårbare over for sygdomme eller andre ting som klimaforandringer,« siger Nathan Wales.

»Ved at studere de processer kan vi måske finde bestemte gener, som har været under selektion og har meget lav diversitet, og det kan hjælpe os med at beskytte en afgrøde, som vi i dag er totalt afhængige af.«

Majsens historie begyndte måske som popcorn

Der er stadig mange gåder omkring majsens domesticering, og hvordan den bredtes ud i verden, men én gåde nager virkelig meget:

Hvorfor begyndte man overhovedet at spise teosintens pistne kerne, beskyttet af en stenhård skal?

»Når jeg ser billeder af teosint, tænker jeg: ’Aldrig i livet, hvorfor i alverden skulle nogen begynde at spise den?’ Det spørgsmål holder mig vågen om natten,« siger Nathan Wales.

Men det gjorde vores forfædre, og George Beadle mente at have fundet svaret: De lavede popcorn.

Han testede faktisk sin teori ved at poppe teosintkerner, og ja, sjovt nok smager de som popcorn.

Så hvem ved – måske begyndte majs som hygge pop-teosint omkring lejrbålet, mens vores forfædre så på stjernerne og fortalte historier.