Die Ursprünge des Maises wurden aktualisiert: Es stellt sich heraus, dass er zwei „Vorfahren“ hat

Die Nutzpflanzen, die wir täglich essen, haben alle einen wilden Ursprung, aber es ist nicht immer einfach, sie zu finden. Beispielsweise Mais. Bis in die ersten Jahre des 21. Jahrhunderts blieb der Ursprung des Maises ein Rätsel.

Das größte Problem besteht darin, dass der Mensch in den letzten paar hundert Jahren die wilden Vorfahren des Maises nicht in freier Wildbahn gefunden hat. Obwohl allgemein angenommen wird, dass der Ursprung des Maises in Mittel- und Südamerika liegt, konnten Wissenschaftler, nachdem sie die Pflanzengemeinschaften in diesem Gebiet auf den Kopf gestellt hatten, keine wilde Art finden, die wie Mais aussieht.

Die Maisernte ist wie der Affenkönig, der zwischen den Felsen hervorsprang. Ist das wirklich der Fall?

Der Mensch hat eine lange Tradition im Maisanbau. In prähistorischen Zeiten begannen Indianer in Mittel- und Südamerika, Mais anzubauen und zu essen. Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass es die Maispflanze ist, die die menschliche Zivilisation in Südamerika unterstützt. In der Maya-Kultur ist der Maisgott ein sehr wichtiger Gott. Mais ist für Südamerikaner genauso wichtig wie Reis für Ostasiaten und Weizen für Westasiaten und Europäer.

Mit der Entdeckung des amerikanischen Kontinents durch Kolumbus begann sich Mais auf der ganzen Welt zu verbreiten und wurde nach und nach zum Grundnahrungsmittel verschiedener Bevölkerungsgruppen. Bis heute ist Mais ein unverzichtbarer Rohstoff für die moderne Lebensmittelindustrie. Die Häufigkeit von Maisstärke und Maissirup in der Lebensmittelindustrie ist vergleichbar mit der Häufigkeit des Mondes am Nachthimmel.

Aufgrund der großen Bedeutung für Mais hat die Suche nach dem Vorfahren des Mais nie aufgehört. Nach langer Suche richteten Wissenschaftler ihre Aufmerksamkeit auf eine Pflanze namens Teosinte.

Betrachtet man Teosinte im Vergleich zu heutigen Getreidearten, weist es keinerlei positive Eigenschaften auf. Als Vorfahre des Maises hat die Teosintepflanze viele Zweige, von denen jeder einige dünne Kolben hat (genau wie das Fuchsschwanzgras, das wir heute sehen), und jeder Kolben hat nur wenige Körner, und was noch schlimmer ist: Jeder Korn ist von einer harten Schale umhüllt.

Es besteht kein Zweifel, dass diese Merkmale mit Darwins Theorie der natürlichen Selektion übereinstimmen. Viele gut geschützte Samen bringen mehr Nachkommen hervor, wodurch sich Teosinte besser vermehren kann. Angesichts des Teosintes kann sich jedoch niemand vorstellen, dass die Vorfahren des Menschen sich die Mühe gemacht hätten, dieses zähe Unkraut zu kauen, geschweige denn, es als Schatz auf Ackerland anzupflanzen.

Die Umwandlung von Teosinte in Mais hängt von der Veränderung zweier Schlüsselgene ab.

Die erste Mutation trat im TB1-Gen auf Chromosom 1 auf. Die Folge war, dass der Mutant keine Äste mehr bildete, sondern nur noch einen aufrechten Stängel hatte, sodass mehr Nährstoffe in die Kornproduktion einfließen konnten und die Maiskörner essbarer und praller wurden.

Kritischer ist die zweite Mutation, ein Gen namens TGA1, das auf Chromosom 4 mutiert ist. Diese Mutation führte zum Verschwinden der harten Schale, wodurch die Essbarkeit des Mutanten deutlich verbessert wurde. Der Mensch muss nicht länger einen Weg finden, mit der großen, harten Schale klarzukommen.

Warum kam es also zu einer solchen zufälligen Mutation der Gene des Maisvorfahrens und warum nahm die Form an, die den Menschen gefällt?

Dies bringt uns zu einigen besonderen Genen im Mais, den springenden Genen.

Vor den 1940er Jahren herrschte in der Genetikgemeinschaft Einigkeit darüber, dass die DNA-Sequenz von Organismen konstant ist. Einfach ausgedrückt: Die Position der Gene auf den Chromosomen ist unveränderlich. Eine Wissenschaftlerin namens Barbara McClintock entdeckte jedoch ein besonderes Phänomen. Bei Hybridisierungsexperimenten würden einige Gene ihre Position auf den Chromosomen verändern, als würden sie im Genom herumspringen.

Dieser Sprung beeinflusst auch die Farbe der Maiskörner. Wenn ein spezielles Gen „Dissociator“ (Ds) „springt“, wird das Gen für die Synthese von Anthocyanen in den Maiskörnern aktiviert und die Maiskörner werden bunt. Ob das Gen springt, wird auch durch andere Gene wie „Activator“ (Ac) gesteuert.

McClintock verwendete die Transpositionstheorie, um das An- und Abschalten bestimmter Gene zwischen Maiseltern und Nachkommen perfekt zu erklären. Für seine Forschungen zu springenden Genen erhielt McClintock 1983 den Nobelpreis für Physiologie, was man wohlverdient nennen kann.

Im Jahr 2009 wurden die Ergebnisse der Sequenzierung eines neuen Maisgenoms veröffentlicht. Überraschenderweise gehörten 85 % der Sequenzen im Maisgenom zu den von McClintock entdeckten Transposons. Dies erklärt auch, warum der wilde Vorfahr des Mais (Teosinte) diese unglaublichen Veränderungen durchmachte. Denn wer öfter Lotto spielt, hat immer wieder Glück.

Heute ist uns die Geschichte, wie aus Teosinte Mais wurde, immer klarer. Die Geschichte ist jedoch noch nicht zu Ende. Ist der Vorfahre des Maises ein einzelner oder sind es mehrere?

Bisher ging man in der Wissenschaft davon aus, dass die Unterart Teosinteus microphylla der einzige Vorfahre des Mais sei. Aber es gab ein Problem. Diese Pflanze wächst hauptsächlich in tiefer gelegenen Gebieten im Südwesten Mexikos und ist nicht an Umgebungen in großen Höhen angepasst. Archäologische Funde deuten jedoch darauf hin, dass Mais bereits vor über 6.200 Jahren an große Höhen angepasst wurde.

Zu dieser Zeit geriet eine weitere Unterart namens Teosinteus zea ins Blickfeld der Forscher. Diese Art wächst hauptsächlich in hochgelegenen Gebieten in Zentralmexiko.

Im Dezember 2023 analysierten das Team von Professor Yan Jianbing vom National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement der Huazhong Agricultural University und ein Forschungsteam der University of California, Davis, in einer im Fachmagazin Science veröffentlichten Studie mehr als 1.000 Proben von Teosinte und modernem Mais sowie neun Genomdaten alter Maissorten aus Nord- und Südamerika. Die Ergebnisse zeigten, dass es zu einer Geninfiltration der mexikanischen Hochland-Unterart Teosinte in den Mais kam.

Auf dieser Grundlage konnte das Team den Anteil der Geninfiltrationsfragmente der Teotihuac-Unterart in jedem Material genau bestimmen und fand heraus, dass im Durchschnitt etwa 18 % des Genoms jedes modernen Maises aus der Infiltration des Genoms der Teotihuac-Unterart stammten, was beweist, dass die Teotihuac-Unterart der zweite „Vorfahre“ des modernen Mais ist.

Damit beginnt ein neues Kapitel in der Geschichte der menschlichen Domestizierung des Mais. Der ursprüngliche Kulturmais stammte aus den tiefer gelegenen Gebieten im Südwesten Mexikos und verbreitete sich später erstmals unter dem Einfluss menschlicher Aktivitäten. Vor mehr als 6.000 Jahren kreuzte sich der erste domestizierte Mais auf der mexikanischen Hochebene in den Höhenlagen Zentralmexikos zufällig mit einer Unterart der Teosinte, was dem Mais half, sich an die Höhenlagen anzupassen.

Dieser hybride Urmais diente als neuer Ausgangspunkt für die Verbreitung des modernen Maises. Er wurde zum zweiten Mal in Amerika domestiziert und verbreitet und ersetzte nach und nach den alten Mais, der bei der ersten Verbreitung übrig geblieben war, und wurde zum „Vorläufer“ des modernen Mais.

Sie fragen sich vielleicht, welchen Nutzen es hat, diesen Entstehungsprozess zu verstehen? Dies liefert uns neue Ideen und Hybridmaterialoptionen für die zukünftige Auswahl besserer Maissorten. Es ist auch für unser Verständnis der Agrargeschichte der Menschheit von großer Bedeutung.

Die Nutzpflanzen, die wir täglich essen, haben alle einen wilden Ursprung, aber es ist nicht immer einfach, sie zu finden. Beispielsweise Mais. Bis in die ersten Jahre des 21. Jahrhunderts blieb der Ursprung des Maises ein Rätsel.

Dieser Artikel ist eine vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützte Arbeit

Autor: Shi Jun, Ph.D. in Botanik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Gutachter: Yang Laisheng, Forscher, Lanzhou Academy of Agricultural Sciences

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.