Pochodzenie roślin uprawnych. 2.1 Udomowienie roślin i zwierząt / Oregon State University

0
862
Wśród osobników każdego gatunku roślin istnieją ogromne naturalne różnice. Cechy, które definiują kolor, kształt, smak, wysokość, wydajność i odporność na szkodniki, patogeny i stres środowiskowy, nie są stałe w obrębie gatunku. Poszczególne rośliny i zwierzęta z tego samego gatunku można łatwo odróżnić na podstawie tych cech.
Od początku rolnictwa ludzie nieświadomie selekcjonowali rośliny i zwierzęta o pożądanych cechach, takich jak duże ziarna, strąki, owoce i warzywa; słodsze i mniej nasienne owoce; mniej gorzkie i nie kłujące warzywa; zboża z dużymi wiechami i twardymi kłosami; rośliny nie rozrzucające nasion i tak dalej. W wyniku takiej sztucznej selekcji na przestrzeni wielu pokoleń, w roślinach uprawnych zaszły bezprecedensowe zmiany, które odróżniają je od ich przodków i dzikich krewnych. Na przykład, nieustające wysiłki ludzi doprowadziły do rozwoju różnych upraw, takich jak kukurydza z dzikiej trawy teosinte; długołodygowy, sześciorzędowy jęczmień z krótkołodygowego, dwurzędowego dzikiego jęczmienia; duże pomidory z małych jagód; oraz różnorodne owoce o mniejszej ilości nasion i smaczne warzywa z ich gorzkich dzikich przodków (patrz rysunki 2.1 i 2.2). Rośliny te – wzbogacone o cechy sprzyjające wyższym plonom, produktywnym zbiorom i zwiększonej smakowitości – nie powstałyby bez wytrwałości ludzi od zarania rolnictwa.
Sztuczna selekcja dokonywana przez ludzi przeciwdziała procesowi selekcji naturalnej. W naturze małe owoce są wypełnione nasionami, ostami, cierniami i kolczastymi liśćmi; mają gorzki smak; dojrzewają asynchronicznie; i mają nasiona, które spontanicznie się rozpadają – wszystkie cechy, które sprzyjają przetrwaniu roślin. W ten sposób sztucznie wyselekcjonowane i rozmnażane gatunki roślin uprawnych, pozbawione cech niezbędnych do przetrwania, stają się bardziej podatne na choroby, drapieżniki i stres środowiskowy. Rośliny te nie mogą przetrwać w naturze przez długi czas bez pomocy człowieka.
Kukurydza jest produktem sztucznej selekcji człowieka. Porównanie przodka kukurydzy, teosinte ( Zea mays ssp. Parviglumis ) i kukurydzy ( Zea mays ).
Ryc. 2.1 Kukurydza jest produktem sztucznej selekcji człowieka. Porównanie przodka kukurydzy, teosinte ( Zea mays ssp. Parviglumis ) i kukurydzy ( Zea mays ). Zdjęcie kukurydzy i teosinte autorstwa Hugh Iltisa jest open source.
Zmiany u roślin uprawnych w wyniku doboru sztucznego
Ryc. 2.2 „Zmiany w roślinach uprawnych w wyniku sztucznej selekcji” Sushma Naithani i OSU OERU jest na licencji CC BY 4.0 .
Przez kilka tysiącleci ludzie włożyli ogromny wysiłek w zapewnienie ochrony i ciągłego rozmnażania roślin uprawnych. Dostarczamy nawozy, pestycydy i wodę oraz świadczymy usługi, takie jak pielenie, aby promować wzrost roślin uprawnych. Tak więc rośliny udomowione potrzebują ludzi do przetrwania w takim samym stopniu, w jakim ludzkie przetrwanie zależy od nich. Gatunki te nie mogą przetrwać w naturze przez długi czas, ale z pomocą człowieka rozprzestrzeniły się na całym świecie. W przypadku niektórych gatunków ta zależność od człowieka stała się całkowita. Na przykład przetrwanie kukurydzy jest całkowicie zależne od człowieka. Jeśli pozostawisz dojrzałą kolbę na polu, niektóre z jej nasion mogą wykiełkować na kolbie, ale wkrótce umrą z powodu braku miejsca dla wschodzących sadzonek. Co więcej, nasiona kukurydzy nie opadają samoistnie i potrzebują pomocy człowieka, aby oddzielić się od kolby i zasadzić w glebie.
Ta wzajemna współzależność między roślinami uprawnymi a ludźmi (i podobnie między ludźmi a sztucznie wyselekcjonowanymi i wyhodowanymi zwierzętami) została osiągnięta w ciągu kilku tysiącleci i jest to historyczny proces, który nazywamy „udomowieniem”. Tak więc w dużej mierze wszystkie rośliny uprawne i zwierzęta domowe są dziełem człowieka.

2.2 Rasy lądowe roślin uprawnych

Oprócz sztucznej selekcji, rośliny uprawne były stale poddawane naturalnej selekcji narzuconej przez ich bezpośrednie środowisko, lokalizację geograficzną i praktyki rolnicze. Tak więc rośliny udomowione są produktami sztucznej selekcji działającej w ramach wymuszonej środowiskowo selekcji naturalnej i praktyk rolniczych dominujących w danym regionie. Wczesne udomowione rośliny kwitły w swoim rodzimym środowisku, ale po przeniesieniu do nowych lokalizacji radziły sobie słabo. Z czasem nieliczne potomstwo wprowadzonych roślin nabyło cechy (tj. poprzez spontaniczne mutacje lub hybrydyzację z pokrewnymi gatunkami obecnymi w nowym miejscu), które pomogły im ustabilizować się w nowym otoczeniu. Proces ten doprowadził do powstania zróżnicowanych odmian roślin uprawnych znanych jako rasy lądowe, z których każda jest przystosowana do specyficznych warunków geograficznych, klimatycznych lub środowiskowych (sezonowe zmiany długości dnia, temperatury, dostępności wody, jakości gleby, zasolenia itp.
Poszczególne odmiany różnią się między sobą smakiem, zapachem, aromatem, składem odżywczym oraz tolerancją na patogeny i stres środowiskowy. Przed uprzemysłowieniem rolnictwa tradycyjni rolnicy mieli bardzo małe gospodarstwa, ale uprawiali wiele odmian tych samych roślin do wielu zastosowań. Zazwyczaj w małej wiosce można było znaleźć kilka odmian owoców i warzyw, a także wiele odmian zbóż. Rolnicy mają lokalne nazwy dla każdej z tych różnych odmian w oparciu o ich szczególne cechy lub pochodzenie. Na przykład na całym świecie opracowano ponad 3000 odmian ryżu, które rosną w różnych warunkach klimatycznych i lokalizacjach geograficznych, od umiarkowanych wzgórz, przez tropikalne równiny, po zalane bagna w regionach przybrzeżnych. Każda odmiana ryżu ma swoją nazwę i specyficzne zastosowanie w potrawach kulinarnych (np. sushi, pudding, pilaw, ryż gotowany na parze, krakersy i żywność dla niemowląt).
Podobnie, ponad pięćdziesiąt ras kukurydzy występuje w Meksyku – trzydzieści ras w samej prowincji Oaxaca. Każda rasa obejmuje setki do tysięcy odmian dostosowanych do bezpośredniego środowiska i warunków klimatycznych, a każda z nich ma specjalne zastosowanie (patrz rysunek 2.3). Na przykład, nasiona odmiany popcorn posiadają twardą zewnętrzną osłonę zdolną do utrzymywania pary wodnej przez wystarczający czas po podgrzaniu, co pozwala na pełną przemianę skrobi wymaganą do produkcji popcornu. I odwrotnie, nasiona innych odmian kukurydzy zawierające cienką osłonę nasion nie dają dobrego popcornu, ponieważ po podgrzaniu łatwo pękają, powodując wyciek pary. Innym przykładem jest słodka odmiana kukurydzy, spożywana głównie po ugotowaniu lub uprażeniu, w której brakuje enzymu, który skutecznie przekształca cukier w skrobię, a zatem ma wyższą zawartość cukru. Kukurydza dent, najpopularniejsza obecnie uprawiana odmiana kukurydzy, ma miękką skrobię i jest nieco słodsza; dlatego jest używana do produkcji chipsów i tortilli. Przed 1920 rokiem kukurydza flint była najbardziej rozpowszechnioną odmianą, ponieważ jest naturalnie odporna na wiele szkodników i patogenów występujących w tropikach i jest wysoce produktywna.
Przykłady niektórych z 59 rodzimych meksykańskich ras kukurydzy.
Ryc. 2.3 Przykłady niektórych z 59 rodzimych meksykańskich ras kukurydzy. Zdjęcie kukurydzy wykonane przez CIMMYT Maize Germplasm Bank jest objęte licencją CC BY 2.0 .
Przez wieki rolnicy przechowywali nasiona różnych odmian oddzielnie, aby zapewnić ich czystość i uważali, aby nie mieszać nasion z wielu odmian. Aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego, rolnicy zwykle zachowują nasiona do przyszłorocznego siewu z roślin rosnących na środku ich pól. W ten sposób poszczególne odmiany są zachowywane, ale ich niezależna ewolucja i rozwój są również kontynuowane. Rasy lądowe różnych upraw, które przetrwały do dziś, nie są w 100 procentach identyczne z ich przodkami, które istniały 200 lub 1000 lat temu. Stale się zmieniają, pozostając w zgodzie z rosnącym środowiskiem i dostosowując się do zachodzących w nim zmian.

2.3 Ośrodki Udomowienia Zbóż

Nikolai Vavilov, rosyjski naukowiec zajmujący się rolnictwem, był jednym z pierwszych naukowców na świecie, który wywnioskował, że proces udomowienia – wzbogacenie pożądanych cech przez człowieka / sztuczną selekcję – doprowadził również do utraty wielu przydatnych cech (patrz rysunek 2.4). Zauważył, że w porównaniu do ich dzikich krewnych, większość roślin uprawnych łatwo ulega pasożytom, szkodnikom i patogenom i jest mniej odporna na niekorzystne warunki środowiskowe. Vavilov zaproponował, że te utracone cechy można prześledzić wstecz do dzikich przodków i pokrewnych gatunków roślin uprawnych, które prawdopodobnie nadal występują w regionach, w których uprawy zostały po raz pierwszy udomowione. Ponadto zaproponował, że użyteczne cechy można ponownie wprowadzić do upraw, stosując rodzaj systematycznej hodowli roślin zakorzenionej w zasadach genetyki mendlowskiej (opisujemy pracę Mendla i podstawową zasadę genetyki w rozdziale 5).
Utrata puli genów podczas udomowienia upraw w wyniku sztucznej selekcji.
Ryc. 2.4 Utrata puli genowej podczas udomowienia upraw w wyniku sztucznej selekcji. „Loss of gene pool” autorstwa Sushmy Naithani i OSU OERU jest na licencji CC BY 4.0 .

 

Ośrodki pochodzenia roślin uprawnych wskazane przez Mikołaja Wawiłowa: 1. Chiny; 2. Indie; 2a. region Indo-Malajski; 3. Azja Środkowa (w tym Pakistan, Pendżab, Kaszmir, Afganistan i Turkiestan); 4. Bliski Wschód (Żyzny Półksiężyc); 5. Morze Śródziemne; 6. Etiopia; 7. Południowy Meksyk i Ameryka Środkowa; 8. Ameryka Południowa (małe regiony Ekwadoru, Peru, Boliwii, Chile i Brazylii-Paragwaju).
Ryc. 2.5 Ośrodki pochodzenia roślin uprawnych zidentyfikowane przez Mikołaja Wawiłowa: 1. Chiny; 2. Indie; 2a. region Indo-Malajski; 3. Azja Środkowa (w tym Pakistan, Pendżab, Kaszmir, Afganistan i Turkiestan); 4. Bliski Wschód (Żyzny Półksiężyc); 5. Morze Śródziemne; 6. Etiopia; 7. Południowy Meksyk i Ameryka Środkowa; 8. Ameryka Południowa (małe regiony Ekwadoru, Peru, Boliwii, Chile i Brazylii-Paragwaju). „Centra pochodzenia roślin uprawnych” autorstwa OSU OERU jest na licencji CC BY 4.0 .
W latach dwudziestych XX wieku brakowało wiedzy na temat ośrodków udomowienia roślin uprawnych. Wawiłow podjął się więc tego herkulesowego zadania i wyruszył z misją zebrania zarodków (nasion, bulw, korzeni) wszystkich udomowionych roślin uprawnych i ich dzikich krewnych. W ciągu dwudziestu lat poprowadził prawie sto ekspedycji do sześćdziesięciu czterech krajów na pięciu kontynentach i zbudował największą na świecie kolekcję zarodków roślin, która obejmowała 350 000 akcesji nasion, korzeni i bulw reprezentujących około 2500 roślin. W oparciu o badanie tej obszernej kolekcji oraz obserwacje dotyczące ludzkich kultur i lingwistyki, Wawiłow zaproponował osiem ośrodków geograficznych jako miejsca narodzin lub „centra pochodzenia” roślin uprawnych – miejsca, w których przodkowie, dzicy krewni i inne pokrewne gatunki roślin uprawnych nadal żyją i gdzie ludzkość po raz pierwszy rozpoczęła ich uprawę. Te osiem centrów obejmuje Chiny, Indie i region indo-malajski, Azję Środkową (w tym Pakistan, Afganistan, Turkiestan i północno-zachodnie indyjskie prowincje Pendżab i Kaszmir), Bliski Wschód, Morze Śródziemne, Etiopię, południowy Meksyk i Amerykę Środkową oraz Amerykę Południową (Ekwador, Peru, Boliwię, Chile i Brazylię-Paragwaj; patrz rysunek 2.5). Ogółem Wawiłow powiązał około 640 upraw z ich centrami bioróżnorodności. Pięć szóstych z nich pochodziło ze Starego Świata (Azja, Afryka, Europa), a jedna szósta z Nowego Świata (Australia, Ameryka Północna i Południowa).
Wbrew powszechnemu przekonaniu badania Wawiłowa ujawniły, że uprawy nie pochodziły z dużych dolin rzecznych związanych z rozwojem cywilizacji ludzkiej. Raczej większość upraw narodziła się w odizolowanych geograficznie regionach (wzgórzach, obszarach pustynnych lub regionach zimnych lub bardzo gorących), które obejmują zaledwie 2–3 procent powierzchni świata. W tych trudnych miejscach presja doboru naturalnego na roślinność jest silna i zmienna w porównaniu z innymi obszarami, dlatego też znajdujemy na tych obszarach dużą różnorodność biologiczną. Poniższa lista identyfikuje osiem ośrodków pochodzenia upraw i związanych z nimi gatunków roślin, które zidentyfikował Wawiłow (wraz z dziewiątym, odkrytym po jego śmierci). [1]
To niesamowite, jak różne rodzaje produktów, zbóż, owoców, warzyw i przypraw dostępnych obecnie w supermarketach pochodzą z tak odległych miejsc. Ponieważ społeczności ludzkie są w ciągłym ruchu, rośliny przenoszą się wraz z nimi, oddalają się od ich ośrodków pochodzenia i są poddawane dodatkowej selekcji sztucznej i naturalnej w nowych środowiskach. Nadal ewoluowały i różnicowały się w wyniku spontanicznych mutacji, hybrydyzacji i praktyk rolniczych. W ten sposób większość upraw nabyła również różnorodność genotypową i fenotypową po udomowieniu. W rezultacie w przypadku wielu upraw główne centrum pochodzenia i centrum dywersyfikacji (gdzie wyewoluowało wiele odmian upraw) różnią się. [2]Na przykład centrum pochodzenia i centrum dywersyfikacji kukurydzy znacznie się różnią. Jednak w porównaniu z pierwotnymi ośrodkami pochodzenia, ośrodki drugorzędne zajmują duży obszar i charakteryzują się mniejszą różnorodnością biologiczną gatunków roślin. Centra drugorzędne są stosunkowo bogate w udomowione odmiany roślin uprawnych (rasy lądowe), ale brakuje im bezpośredniego dzikiego przodka i innych pokrewnych dzikich gatunków.
Po Wawiłowie wiele wykopalisk archeologicznych ustaliło centra pochodzenia dodatkowych gatunków roślin uprawnych, a także zidentyfikowano nowe centrum pochodzenia upraw (Nowa Gwinea). Podstawowe prace badawcze prowadzone przez Wawiłowa i jego współpracowników nadal trwają; jednak teraz naukowcy zalecają używanie centrum różnorodności zamiast centrum pochodzenia, ponieważ na podstawie danych można zidentyfikować tylko centrum różnorodności biologicznej rośliny uprawnej – w najlepszym razie możemy tylko zgadywać, gdzie jest centrum pochodzenia. Obecnie te zidentyfikowane przez Wawiłowa są znane jako „Centra Różnorodności Biologicznej Wawiłowa”.
Ponieważ zazwyczaj „ośrodki pochodzenia” upraw są bogate w różnorodność biologiczną [3] , ich eksploracja pomaga naukowcom zrozumieć pełne spektrum puli genowej dostępnej dla danej uprawy, którą można następnie wykorzystać do eksperymentów hodowlanych. Należy zauważyć, że hodowcy roślin przenoszą użyteczne cechy z jednej odmiany na drugą tylko poprzez krzyżowanie, a następnie selekcję potomstwa, które ma pożądane kombinacje cech. Hodowcy nie tworzącechy. Jeżeli dana cecha nie występuje w uprawnych odmianach gatunku uprawnego i jego przodkach, progenitorach i gatunkach pokrewnych, nie może być wprowadzona przez klasyczną hodowlę. Różnorodność biologiczna służy jako bank zasobów, z którego naukowcy mogą pożyczać przydatne cechy. Określa również granice klasycznej hodowli. Dlatego centra różnorodności biologicznej są polisami ubezpieczeniowymi na kontynuację dzisiejszych upraw. W tych ośrodkach rozsiane są geny/cechy, które zapewniają odporność na szkodniki i patogeny lub zdolność do tolerowania stresów środowiskowych – surowce do hodowli zaawansowanych odmian roślin uprawnych.

Tabela 2.1: Centra pochodzenia (różnorodność biologiczna) upraw

Centrum Uwagi
1. Chiny W tym regionie udomowiono 136 upraw, w tym ryż, sorgo, soję, jęczmień, rzodkiew, kapustę, musztardę, cebulę, ogórek, gruszkę, jabłko, morelę, brzoskwinię, wiśnię, orzech włoski, liczi, trzcinę cukrową i mak. Ryż był jedną z pierwszych upraw (około 8000 lat temu) uprawianych w dolinie rzeki Jangcy. Udomowiono tu także świnie, koguty i psy.
2a. Indo-malajski Region ten obejmuje części Indii, części Chin i Archipelag Malajski. Tutaj udomowiono goździki, gałkę muszkatołową, czarny pieprz, kokos, konopie, banany, grejpfruty, trzcinę i fasolę aksamitną.
2b. Indyjska Birma Centrum to obejmuje region północno-wschodnich Indii oraz obecną Mjanmę (Birma). Tutaj ~ 117 upraw, w tym juta, drzewo sandałowe, indygo, bambus, neem, ryż, gram, groch gołębi, mung, cowpea, bakłażan, ogórek, rzodkiewka, marchew, mango, pomarańcza, cytryna, tamaryndowiec, kokos, banan, konopie, pieprz udomowiono goździki, gałkę muszkatołową, trzcinę, sezam i bawełnę.
3. Azja Środkowa Centrum to obejmuje północno-zachodnie Indie (prowincje Pendżab, Haryana i Kaszmir), Pakistan, Afganistan, Tadżykistan i Uzbekistan. ~ 43 uprawy rozwinęły się na tym obszarze, w tym trzy odmiany pszenicy, groch, soczewica, soczewica końska, gram, fasola mung, gorczyca, siemię lniane, sezam, bawełna, konopie, cebula, czosnek, szpinak, marchew, pistacja, winogrona migdałowe, gruszki i jabłka.
4. Bliski Wschód
(Żyzny Półksiężyc)
Centrum to obejmuje dzisiejszą Turcję, Izrael, Syrię, Jordanię, Liban, Iran, Irak, Turkmenistan oraz wnętrza Azji Mniejszej. ~ 150 upraw, w tym żyto, jęczmień, owies, pszenica samopsza, pszenica durum, pszenica perska, pszenica pollard, pszenica zwyczajna, pszenica orientalna, soczewica, łubin, groch, gram, granat, morwa, jabłko, winogrona, gruszki, wiśnie, orzech , migdały, pistacje, daktyle, koper włoski, kminek, marchew, cebula i czosnek zostały udomowione w tym regionie. W wielu stanowiskach archeologicznych na tym obszarze znaleziono około 10 000-letnie skamieliny żyta. Dowody na najwcześniejszą uprawę żyta około 13 000 lat temu znaleziono w Syrii, a szczątki udomowionych owiec, kóz i świń sprzed około 9000 lat znaleziono w Turcji.
5. Śródziemnomorska Centrum to obejmuje regiony wokół Morza Śródziemnego. Uprawiano tu 84 uprawy, w tym pszenicę durum, pszenicę płaską, pszenicę polską, owies, groch, łubin, koniczynę, gorczycę czarną, oliwki, buraki, kapustę, rzepę, sałatę, szparagi, rabarbar, miętę, chmiel, szałwię, seler itp. udomowiony.
6. Centrum Etiopskie Centrum to obejmuje Abisynię, Eretrię, Somaliland i Etiopię. W tym regionie udomowiono 38 ważnych roślin uprawnych, w tym odmiany abisyńskie i płaskurki, takie jak pszenica, proso, sorgo, wspięga, siemię lniane, tef, sezam, kawa, okra, indygo, rycynowy i guma arabska.
7. Południowy Meksyk i Ameryka Środkowa Centrum to obejmuje południowy Meksyk, Gwatemalę, Honduras i Kostarykę. Tutaj udomowiono kukurydzę, ziemniaki, pomidory, dynię, paprykę, chili, papaję, guawę, orzechy nerkowca, czekoladę, bawełnę, passiflorę, tytoń, różne rodzaje fasoli, sizal, słodkie ziemniaki, maranta itp. w tym regionie podczas wykopalisk archeologicznych znaleziono pozostałości kukurydzy sprzed około 7000-8000 lat i nasiona dyni sprzed 10 000-8 000 lat.
8a. Peru, Ekwador, Boliwia Podcentrum (Ameryka Południowa) W tym regionie udomowiono 62 gatunki roślin uprawnych, w tym ziemniaki, kukurydzę, fasolę lima, pomidory, dynię, paprykę, bawełnę, guawę, passiflorę, tytoń itp.
8b. Chile (Ameryka Południowa) W ośrodku tym udomowiono kilka odmian ziemniaków i truskawek.
8c. Brazylia-Paragwaj (Ameryka Południowa) Orzeszki ziemne, ananasy, orzechy nerkowca, orzechy brazylijskie, kauczuk itp. Rozwinęły się tutaj.
9. Nowa Gwinea*
(Daleki Wschód)
Ostatnie badania dowodzą, że ~7000 lat temu rolnictwo zaczęło się samodzielnie w górzystym regionie Nowej Gwinei. Na tym obszarze rozwinęły się banany, noże, trzciny itp.
*Ośrodek ten został zidentyfikowany po śmierci Wawiłowa.

 

2.4 Życie i twórczość Nikołaja Wawiłowa

Nikołaj Wawiłow (1887–1943), rosyjski naukowiec początku XX wieku, był pionierem w dziedzinie biogeografii roślin i ochrony plazmy zarodkowej. Był jednym z pierwszych nielicznych naukowców początku XX wieku, którzy byli orędownikami genetyki mendlowskiej w ulepszaniu upraw.
Nikołaj Wawiłow (zob. ryc. 2.6) urodził się 25 listopada 1887 r. w Moskwie, przed rewolucją rosyjską. Studiował rolnictwo, a po ukończeniu studiów w 1911 roku przez rok pracował ze światowej sławy gleboznawcą Dmitrijem Prjanisznikowem, jednocześnie ucząc w Akademii Rolniczej Pietrowskaja. Wkrótce Wawiłow rozpoczął studia doktoranckie pod kierunkiem rosyjskiego profesora Roberta Eduardowicza Regela (z Biura Botaniki Stosowanej w Leningradzie) i słynnego angielskiego biologa Williama Batesona (dyrektora John Innes Horticultural Institution w Norwich w Anglii). We wczesnych latach XX wieku Bateson był orędownikiem genetyki mendlowskiej; w rzeczywistości ukuł termin genetyka, aby opisać badanie dziedziczenia mendlowskiego i naukę o zmienności. Vavilov spędził dwa lata w laboratorium Batesona w John Innes,
W 1914 Wawiłow wrócił do Rosji i został mianowany profesorem na Uniwersytecie Moskiewskim. W 1917 został dyrektorem Akademii Nauk Rolniczych im. Lenina w Saratowie. Był pierwszym naukowcem, który rozpoczął prace nad genetyką w Związku Radzieckim. Na tym stanowisku wyznaczył główny program instytutu: zbieranie plazmy zarodkowej z całego świata w celu opracowania zaawansowanych odmian roślin uprawnych z wykorzystaniem zasad genetyki mendlowskiej. Przez pierwszą dekadę nowo utworzony rząd sowiecki zapewnił Wawiłowowi mnóstwo środków i dotacji na kilka ekspedycji zbierających plazmę zarodkową.
Nikołaj Wawiłow w 1933 r
Ryc. 2.6 Nikołaj Wawiłow w 1933 r. Licencja „Nikołaj Wawiłow” Biblioteki Kongresu nie podlega żadnym znanym ograniczeniom dotyczącym publikacji.
Wawiłow wraz ze swoim zespołem udał się do sześćdziesięciu czterech krajów na pięciu kontynentach, aby zebrać nasiona, bulwy i plazmę zarodkową. W Kazachstanie znaleźli dzikie jabłka iw ten sposób świat poznał miejsce narodzin tego owocu. W Peru znaleźli niezliczone odmiany ziemniaków, aw Iranie, Syrii i Afganistanie stosunkowo szybko dojrzewające odmiany pszenicy, które miały naturalną odporność na szkodniki i pasożyty. W sumie Wawiłow przeprowadził sto eksploracji, w wyniku których zebrano ponad 300 000 próbek wraz ze szczegółowymi opisami. Odniósł niezwykłe sukcesy w organizowaniu swoich rozległych wypraw terenowych w tak różnych krajach, jak Etiopia, Włochy, Kazachstan, Meksyk, Brazylia i Stany Zjednoczone. Na początku XX wieku podróżowanie było dość trudne i wymagało przeskakiwania między różnymi środkami transportu, w tym rozległe podróże piesze i konne. Równie trudnym zadaniem było zrekrutowanie lokalnych załóg tragarzy, przewodników i współpracowników. Jednak wiele osobistych cech Wawiłowa i jego postawa pomogły w powodzeniu tych misji. Był sprawny fizycznie, bystry umysłowo i poliglota, który potrafił rozmawiać w ośmiu językach. Był zdolny do szybkiego nawiązywania przyjaźni i współpracy z nieznajomymi, zarówno zwykłymi ludźmi, jak i międzynarodowymi naukowcami. Na poziomie osobistym Wawiłow dbał o wszystkich członków swojego zespołu i ludzi, z którymi miał kontakt na całym świecie. Wśród jego różnych wypraw terenowych najbardziej historyczne misje obejmowały trzy wizyty w Ameryce Północnej, Meksyku i Ameryce Południowej w latach 1921, 1930 i 1932; wyprawa na Morze Śródziemne i Etiopię w latach 1926–27; i wyprawa do Afganistanu w 1924 r., za co otrzymał złoty medal Rosyjskiego Towarzystwa Geograficznego. Później, od 1931 do 1940, pełnił również funkcję prezesa tego towarzystwa. W pierwszej dekadzie swojej kariery stał na czele sowieckiej polityki rolnej i kierował 111 instytucjami.
Oprócz gromadzenia plazmy zarodkowej Wawiłow kierował projektami w Saratowie i innych ośrodkach badawczych, których celem była hodowla odmian roślin uprawnych, które byłyby w stanie tolerować ekstremalnie zimny klimat Związku Radzieckiego. Projekty te uznano za o znaczeniu krajowym, ponieważ duży obszar kraju poniósł straty w rolnictwie z powodu mrozu, a szkody w uprawach pszenicy były szczególnie niszczycielskie. Jednak powodzenie tych projektów wymagało ciągłej pracy nad klasyczną hodowlą i oceną krzyżówek.
Niestety, z roku na rok w Związku Radzieckim brakowało zboża i panował głód. Aby poprawić rolnictwo, w 1929 roku Stalin ogłosił swoją politykę Wielkiego Zerwania z Przeszłością, która doprowadziła do powstania kołchozów poprzez łączenie indywidualnych gospodarstw rodzinnych. Duże gospodarstwa rządowe stosowały uprawę monokulturową, co prowadziło do większych strat w zbiorach. Przed kolektywnym rolnictwem rządowym indywidualni rolnicy siali wiele odmian nasion. Jeśli plony zostały zniszczone na niektórych obszarach z powodu pogody, w innych miejscach zostałyby uratowane, a więc gdzie indziej można było uzyskać dobre plony. W przypadku uprawy monokulturowej skutki chorób i mrozów były raczej powszechne. Upadek kołchozów wraz z szybką industrializacją spowodował głód. Miliony ludzi zmarło z głodu w Związku Radzieckim.
Stalin chciał uczynić Związek Sowiecki samowystarczalnym w zakresie produkcji żywności, a odpowiedzialność za poprawę plonów rolnych spoczywała na ekipie Wawiłowa. Stalin dał Wawiłowowi trzy lata na opracowanie zaawansowanych odmian zbóż, które mogłyby działać w ekstremalnie zimnym i nieprzewidywalnym klimacie ZSRR. W tamtych czasach nawet najlepszy hodowca mógł odnieść sukces dopiero po dziesięciu, dwunastu latach. Nikołaj Wawiłow wiedział, że zaawansowane uprawy można rozwijać, przestrzegając zasad genetyki w bardzo metodyczny i systematyczny sposób przez dekadę, ale nie w krótszym czasie. Nie mógł więc obiecać Stalinowi cudu. Ale nadal ciężko pracował i podtrzymywał morale swoich kolegów.
Tymczasem naukowiec Trofim Łysenko twierdził, że moczenie nasion w zimnej wodzie przez dzień lub dwa przed siewem spowodowałoby wyższe tempo kiełkowania i prawdopodobnie zwiększyłoby odporność upraw w chłodniejszym klimacie. W przeciwieństwie do Wawiłowa Łysenko pochodził z biednych proletariackich środowisk, a zatem był bardziej godny zaufania dla sowieckich decydentów politycznych i Stalina, który aktywnie dążył do zastąpienia burżuazyjnych naukowców kadrami partyjnymi wywodzącymi się z zubożałych rodzin. Uważali Trofima Łysenkę za proletariackiego geniusza, który mógłby stanowić alternatywę dla burżuazyjnej nauki i uważali, że eksperymenty Łysenki są zgodne z teorią ewolucji Darwina.
W swojej desperacji, by wprowadzić rewolucyjne zmiany w rolnictwie, w 1938 roku Stalin mianował Łysenkę prezesem Akademii Lenina, najwyższego stanowiska naukowca rolniczego w Związku Radzieckim. Wawiłow, jako ekspert genetyk, wiedział, że metody Łysenki nie zadziałają. Stanowczo sprzeciwiał się twierdzeniom Łysenki i w miarę swoich możliwości przedstawił Stalinowi i jego gabinetowi naukowe wyjaśnienia, ale oni nie ufali Wawiłowowi. Wawiłow wyzwał Łysenkę na debatę naukową na temat zasadności jego twierdzeń, ale Łysenko prowadził kampanię przeciwko Wawiłowowi i nauce o genetyce z pomocą kadr partii komunistycznej.
Stalin i jego gabinet zajęli bardzo negatywne stanowisko wobec genetyki w oparciu o ich ideologię polityczną w odpowiedzi na nieludzkie eksperymenty eugeniki w Niemczech i USA w tamtym czasie. Ponieważ Wawiłow był światowej sławy naukowcem w dziedzinie genetyki, został ogłoszony liderem tej niedopuszczalnej nauki. Tak więc koniec genetyki w Związku Radzieckim oznaczał koniec Wawiłowa i jego kolegów. Jego finansowanie zostało wstrzymane, aw 1937 roku zagraniczne podróże Wawiłowa zostały na zawsze zakazane. Ponad stu kolegów naukowców Wawiłowa zostało skazanych na śmierć pod zarzutem zdrady. Stalin nakazał również egzekucję dwóch swoich (Stalinowskich) najbliższych współpracowników, Nikołaja Bucharina i Nikołaja Gorbunowa, za wspieranie nauki o genetyce. Stanowisko Wawiłowa zostało zdegradowane do kierownika Instytutu Botaniki Stosowanej i Nowych Upraw w Leningradzie, gdzie miał pracować pod Łysenką. Nawet pracując w trudnych warunkach i bez środków, Wawiłow trzymał się swoich zasad. Kontynuował pisanie listów do rządu w sprawie uwolnienia swoich współpracowników, chociaż jego korespondencja z zagranicznymi naukowcami została zablokowana. Swój ostatni list do profesora Harry’ego Harlana napisał w 1937 roku. Syn Harry’ego, Jack Harlan, był zainteresowany zrobieniem doktoratu pod kierunkiem Wawiłowa i wysłał swoje podanie do Wawiłowa. W odpowiedzi Wawiłow zwrócił się do Harry’ego Harlana (nie do Jacka) i opisał odmianę pszenicy występującą w Chinach. Wawiłow zwykle zwracał się do Harry’ego Harlana per „Drogi doktorze Harlan”. Był to pierwszy list, w którym Wawiłow zwrócił się do niego „Mój drogi doktorze Harlan” i wypadł z zadania pytania. Starszy Harlan poprosił syna, aby porzucił pomysł badań z Wawiłowem.
6 sierpnia 1940 r. Nikołaj Wawiłow został aresztowany podczas wycieczki terenowej po Ukrainie, choć informacja o jego aresztowaniu nie została upubliczniona przez trzy lata. Ponieważ jednak Wawiłow był naukowcem o międzynarodowej renomie i korespondował z naukowcami z całego świata, społeczność naukowa zaczęła niepokoić się o samopoczucie Wawiłowa po ustaniu jego korespondencji. Tak więc w 1942 roku Towarzystwo Królewskie w Londynie wybrało go na członka, wysyłając list wraz z odpowiednimi certyfikatami do Władimira Komarowa, prezesa Akademii Radzieckiej. Do przyjęcia tego zaszczytu potrzebny był podpis Nikołaja Wawiłowa (co potwierdzałoby jego życie). W odpowiedzi Komarow poprosił o podpisanie certyfikatu jedynie „Wawiłow” – przez Siergieja Wawiłowa, młodszego brata Mikołaja i fizyka, który kierował sowieckim programem nuklearnym.Spodziewano się Nikołaja Wawiłowa, a nie jego brata. Jednak rząd radziecki zamilkł, więc po tym w środowisku naukowym rozeszła się pogłoska, że ​​​​Nikołaj Wawiłow został zamordowany przez Stalina.
W rzeczywistości Nikołaj został oskarżony o nadużycie dotacji rządowych i zdradę i został skazany na śmierć w 1942 r. Ale z więzienia Wawiłow zaapelował do marszałka Leverentii Berii o ponowne rozważenie wyroku. Beria był jednym z zaufanych sojuszników Stalina i szefem Naczelnego Departamentu Prawnego (NKWD). Ponadto stary profesor Wawiłowa, Dmitrij Pryanishnikov, starał się jak najlepiej złagodzić karę Mikołaja. On również utrzymywał przyjazne stosunki z rodziną Berii: żona Berii była również uczennicą Pryanishnikova. Pomimo beznadziejności, Brytyjskie Towarzystwo Królewskie również nadal naciskało na bezpieczeństwo Wawiłowa. Bez względu na powód, Beria zamienił wyrok śmierci Wawiłowa na dwadzieścia lat surowego więzienia. Ale 26 stycznia 1943 r. Wawiłow zmarł z głodu w więzieniu w Saratowie.
Po śmierci Stalina w 1953 roku rosyjscy naukowcy naciskali na Nikitę Chruszczowa, aby ponownie zbadał sprawę Wawiłowa. Tym razem wszystkie zarzuty wobec Wawiłowa zostały oddalone, a on pośmiertnie zapisał się w historii Związku Radzieckiego.
Chociaż wiele niepublikowanych prac badawczych i danych badawczych Wawiłowa zostało zniszczonych w latach 1940-1953, część materiałów uratowała jego żona Jelena Berulina. Fatikh Bakhtev, bliski współpracownik Wawiłowa, który brał udział w wielu jego wyprawach zbierających plazmę zarodkową, również przeżył erę stalinowską. W 1957 roku Yelena Berulina i Fatikh Bakhtev opublikowali pozostałe materiały i dane Wawiłowa. Ta podstawowa praca badawcza przeprowadzona przez zespół naukowców Wawiłowa zapewniła wgląd i kierunek przyszłych badań nad udomowieniem upraw.
Budynek Biura Botaniki Stosowanej jest obecnie znany jako Instytut Zasobów Genetycznych Roślin im. Mikołaja Wawiłowa, a Wawiłow zaliczany jest do największych naukowców XX wieku. Kolekcja Wawiłowa, jego prace badawcze i informacje o jego życiu są dostępne na stronie Instytutu Badawczego im. Nikołaja Wawiłowa ( http://www.vir.nw.ru ).

2.5 Pierwszy na świecie Bank Nasion

W latach dwudziestych XX wieku Nikołaj Wawiłow założył pierwszy na świecie bank nasion w budynku Biura Botaniki Stosowanej w Leningradzie, w którym znajdowały się główne kolekcje nasion i plazmy zarodkowej, które obejmowały 300 000 odmian nasion i plazmę zarodkową 2500 gatunków roślin. Jego zespół naukowców był również zaangażowany w prowadzenie szczegółowej charakterystyki głównych odmian roślin uprawnych i systematyczne eksperymenty krzyżowania w ośrodkach doświadczalnych w całym Związku Radzieckim.
Hitler interesował się genetyką. Podczas II wojny światowej Niemcy utworzyły specjalny oddział komandosów, aby przejąć bank nasion Wawiłowa. 22 czerwca 1941 roku Niemcy napadły na Związek Radziecki. Gdy Niemcy posuwali się naprzód, zdobyli małe banki nasion w regionie zachodnim, ale główny bank nasion w Leningradzie wciąż był poza ich zasięgiem.
Po uwięzieniu Wawiłowa i wielu jego starszych kolegów w 1942 r., pozostali naukowcy instytutu dobrowolnie podzielili się odpowiedzialnością za ochronę kolekcji plazmy zarodkowej podczas II wojny światowej. Oprócz Hitlera temu bankowi nasion zagrażali także głodujący mieszkańcy Leningradu. W tych latach wojny 700 000 ludzi zmarło z głodu w Leningradzie – w tym wielu kolegów Wawiłowa, którzy bronili banku nasion. Jeden po drugim umierali z głodu, jednocześnie chroniąc ogromny magazyn nasion i bulw. Stalin nie był zainteresowany ratowaniem banku nasion, dlatego rząd nie udzielał żadnego wsparcia. Gdy Wawiłow marniał w więzieniu, jego współpracownicy z powodzeniem chronili kolekcję plazmy zarodkowej przez 900 dni podczas oblężenia Leningradu.
Bank nasion Leningradu również przetrwał czystym przypadkiem. Hitler planował zorganizować uroczystość swojego zwycięstwa w hotelu Astoria na Placu św. Izaaka; więc Niemcy nie zbombardowali tego obszaru. Bank nasion znajdował się tuż przed hotelem. Podobnie po zakończeniu wojny w 1944 roku Niemcy zostali pokonani jeszcze przed dotarciem do Leningradu.
W latach po drugiej wojnie światowej na całym świecie powstało więcej banków nasion, z których wiele zawiera również duże ilości nasion z kolekcji Wawiłowa. Dziś ten bank nasion istnieje jako część Naukowego Instytutu Badawczego Przemysłu Roślinnego NI Wawiłowa w Petersburgu (patrz ryc. 2.7). Przez ostatnie stulecie — i nadal — nasiona i plazma zarodkowa różnych upraw z tej kolekcji były wykorzystywane przez hodowców roślin na całym świecie do produkcji ulepszonych odmian zbóż, warzyw i owoców. Znaczna część surowca do produkcji zaawansowanych odmian różnych upraw, owoców, warzyw i tak dalej pozostaje w kolekcji nasion Wawiłowa za darmo.
Katalog kartkowy w Instytucie Przemysłu Roślinnego im. Wawiłowa.
Ryc. 2.7 Katalog kartkowy Instytutu Przemysłu Roślinnego im. Wawiłowa. Zdjęcie katalogu kartkowego autorstwa Petra Kosiny jest objęte licencją CC BY-NC 2.0 .
Chociaż światowa populacja wzrosła ponad trzykrotnie w ciągu ostatniego stulecia, świat produkuje obecnie więcej żywności, niż ludzie potrzebują. Wawiłow i jego współpracownicy — z których wielu zmarło z głodu — wnieśli ogromny wkład w osiągnięcie globalnego bezpieczeństwa żywnościowego, tworząc ogromne zasoby genetyczne dla przyszłych ulepszeń upraw. Teraz, gdy wiele gatunków roślin wymarło w ich ośrodkach pochodzenia, kolekcja nasion i plazmy zarodkowej Wawiłowa stała się nieoceniona.
Prace Wawiłowa i jego współpracowników pomogły nam lepiej zrozumieć znaczenie różnorodności biologicznej i zachowania plazmy zarodkowej w zapewnieniu ludzkości bezpieczeństwa żywnościowego. Dzięki nim dzisiaj na świecie istnieje ponad sto dużych i wiele tysięcy małych banków nasion i plazmy zarodkowej.

Dalsze lektury

Darwin C. (1859). O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego, czyli o zachowaniu się uprzywilejowanych ras w walce o byt. John Murray, Londyn.

Harlan, JR (1973). O jakości dowodów pochodzenia i rozprzestrzeniania się roślin uprawnych. Bieżąca antropologia , 14 (1–2), 51–62.

Harlan, JR (1975). Geneza rolnictwa: ośrodki i niecentra. Nauka, 174 , 465-74.

Nabhan, lekarz ogólny (2009). Skąd pochodzi nasza żywność: śladami dążenia Nickolaya Wawiłowa do zakończenia głodu. Wyspiarska prasa.

Pringle, P. (2009). Morderstwo Nikołaja Wawiłowa: Historia stalinowskich prześladowań jednego z wielkich naukowców XX wieku. Książki JR.

Wawiłow, NI (1931). Problem genezy rolnictwa światowego w świetle najnowszych badań. https://www.marxists.org/subject/science/essays/vavilov.htm .

Wawiłow, NI (1987). Proiskhozhdenie i geografia ia kul’turnykh rastenii [Pochodzenie i geografia roślin uprawnych]. Nauka.


  1. Klikalna mapa świata przedstawiająca centrum pochodzenia różnych upraw jest dostępna pod adresem https://www.biodiversidad.gob.mx/v_ingles/genes/centers_origin/centers_plants1.html 
  2. Czasami wynika to również z przyczyn innych niż migracja ludzi. Klasycznym przykładem jest sosna, której centrum pochodzenia znajduje się w północno-zachodnich Chinach, ale centrum dywersyfikacji w Ameryce Środkowej (Meksyk, Gwatemala i Honduras). Obecnie w Meksyku występuje 49 ze 111 gatunków sosny. Różnica w centrum pochodzenia i centrum zróżnicowania sosny wynikała ze zdarzenia geologicznego (dryfu kontynentów) na długo przed początkiem rolnictwa, które doprowadziło do izolacji różnych flory i fauny, a tym samym do ich zróżnicowania w nowym środowisku. 
  3. Mówiąc prościej, różnorodność biologiczna odnosi się do wszystkich uprawianych odmian roślin uprawnych wraz z ich dzikimi przodkami i gatunkami spokrewnionymi ewolucyjnie. 

Logo Otwartych Zasobów Edukacyjnych

Link do artykułu:

The Origins of Crop Plants

LICENCJA

Ikona międzynarodowej licencji Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0

Historia i nauka o roślinach uprawnych autorstwa Sushmy Naithani jest dostępna na licencji Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License , chyba że zaznaczono inaczej.