Le maïs est l'une des cultures les plus importantes au monde. Nous ne faisons pas que le sauter et le mâcher sur l'épi; le maïs peut être transformé en farine et en sirop, il est destiné au bétail, il est transformé en éthanol et peut même être utilisé pour fabriquer du plastique. Entre 2016 et 2017, environ un milliard de tonnes de maïs ont été produites dans le monde entier, ce qui représente plus de six pour cent de toutes les calories consommées par l'homme.
L'histoire de cet amidon humble mais pratique commence il y a des milliers d'années au Mexique, avec la domestication d'une ancienne herbe appelée téosinte. Mais selon une nouvelle étude publiée dans Science, la trajectoire de l'évolution du téosinte dans le grain d'or que nous connaissons aujourd'hui pourrait être plus complexe que ne le pensaient les scientifiques auparavant.
Selon la théorie communément admise, la domestication du maïs s'est produite dans la vallée de la rivière Balsas, dans le centre-sud du Mexique. Il y a environ 9 000 ans, les premiers agriculteurs de cette région ont commencé à sélectionner des caractères favorables au téosinte, qui a un aspect très différent du maïs moderne et qui n’est pas particulièrement agréable au goût. son torchis est petit et ses quelques noyaux sont entourés d'une enveloppe solide. Mais avec l'intervention humaine, la téosinte a évolué en un délicieux maïs tendre, qui a ensuite été transporté dans d'autres régions des Amériques. Au XVe siècle, à l'époque de la colonisation européenne, le maïs constituait une source alimentaire majeure dans de nombreuses régions de la région.
Logan Kistler, auteur principal de la nouvelle étude et conservateur de l'archéobotanique et de l'archéogénomique au Musée national d'histoire naturelle de Smithsonian, affirme que, selon cette théorie, un flux de gènes provenant de téosinte sauvage se produirait encore dans du maïs domestiqué, mais «dans une période de grande évolution. moyen important, le flux de gènes s’est plus ou moins arrêté dans l’ancêtre commun de tout le maïs. "
Les récentes révélations ont toutefois incité Kistler et ses collègues à repenser cette idée. En 2016, deux groupes de recherche indépendants ont analysé l'ADN de 5 000 ans d'épis de maïs provenant d'une caverne située au Mexique et ont découvert que le maïs ancien était encore en pleine phase de domestication. Les épis avaient des gènes associés au téosinte, dictant des choses comme la dispersion des graines et la production d'amidon, et d'autres gènes caractéristiques du maïs domestiqué, comme des variants responsables de l'élimination de l'enveloppe externe dure du téosinte.
Selon Kistler, ces découvertes étaient surprenantes. Au moment où les épis ont fini sur le sol de l'ancienne grotte, le maïs avait déjà voyagé bien au-delà du Mexique et était cultivé dans le sud-ouest de l'Amazonie pendant environ 1 500 ans. L’histoire évolutive du grain, en d’autres termes, semblait s’être engagée dans deux voies différentes.
«Vous avez ce paradoxe, ce décalage, où du maïs est cultivé de manière continue dans certaines parties de l'Amazonie pendant des milliers d'années, mais il n'est toujours pas fini d'être domestiqué dans le centre d'origine», explique Kistler. "Afin de réconcilier l'archéologie et la génétique ... nous avons dû réfléchir à un nouveau modèle de domestication."
Kistler et ses collègues chercheurs ont donc décidé d'examiner de plus près l'ADN du maïs - et ce qu'ils ont découvert suggère que même si la domestication du téosinte a bien commencé au Mexique,
La domestication du maïs ne doit pas être considérée comme un événement distinct. Au lieu de cela, l'évolution du grain a été un processus long et compliqué, les phases finales de sa domestication se produisant plus d'une fois, à plus d'un endroit.
La nouvelle étude a analysé les génomes de plus de 100 variétés de maïs moderne, dont environ 40 ont été séquencées par les chercheurs. L'équipe a également examiné l'ADN de 11 plantes anciennes. Lorsqu'ils ont cartographié les liens génétiques entre les spécimens, les chercheurs ont découvert plusieurs lignées distinctes, chacune ayant leur propre relation avec le téosinte. De manière plus significative, les résultats ont révélé que, bien que la domestication du maïs ait commencé avec un seul pool de gènes important au Mexique, le grain a été transporté ailleurs avant la fin du processus de domestication.
«Nous avons trouvé dans les génomes des preuves que le maïs d'Amérique du Sud est originaire de l'une de ces lignées semi-domestiques», explique Kistler. «Ces évolutions parallèles se sont produites dans différentes parties des Amériques, avec différents groupes de personnes.»
Selon l'étude, il y aurait eu une vague importante de mouvements de proto-maïs du Mexique vers l'Amérique du Sud. Le maïs partiellement domestiqué semble avoir atterri dans le sud-ouest de l’Amazonie, qui était déjà un point chaud pour la domestication d’autres plantes, notamment le riz, les courges et le manioc. Kistler a émis l'hypothèse que le maïs avait été adopté dans les pratiques agricoles de la région, donnant ainsi au processus de domestication une chance de reprendre là où il s'était arrêté. Il est possible, mais pas certain, que le maïs dans ce nouvel emplacement ait évolué plus rapidement que le maïs dans le centre de la domestication, ce qui expliquerait pourquoi les épis de 5000 ans de la grotte au Mexique semblent se trouver dans une phase intermédiaire de domestication. à une époque où le maïs était déjà cultivé en Amazonie.
«La raison en est que le flux de gènes de la population sauvage n’est pas constant… là où le maïs sauvage au bord du champ produira du pollen», déclare Kistler. "Cela va ralentir l'efficacité de la sélection, et vous ne pourrez pas être aussi efficace que vous pourrez conduire à la sélection pour ces traits."
Après avoir incubé dans le sud-ouest de l’Amazonie pendant plusieurs milliers d’années, le maïs a repris son cours, selon les auteurs de l’étude, cette fois-ci dans l’est de l’Amazonie où il a poussé dans une agriculture florissante que les archéologues ont observée dans la région.
Une autre découverte intéressante réside dans le fait que le maïs moderne des Andes et du sud-ouest de l’Amazonie est étroitement lié au maïs cultivé dans l’est du Brésil, ce qui indique un autre mouvement vers l’est. Cela correspond aux preuves archéologiques - comme la propagation des traditions de la céramique, par exemple - suggérant que les habitants des Amériques ont commencé à s'étendre vers l'est il y a environ 1 000 ans, selon Kistler. Aujourd'hui, en fait, les personnes qui parlent des langues Macro-Jê près de la côte atlantique du Brésil utilisent un mot indigène amazonien qui signifie «maïs».
Les pièces de ce puzzle génétique ne s'emboîtaient pas clairement au début. Kistler a déclaré que les données génomiques que lui-même et ses collègues chercheurs avaient collectées étaient «vraiment déroutantes pendant longtemps».
«Nous ne pouvions pas comprendre ce que nous voyions avant de commencer à parler à des linguistes, des paléoécologues et des archéologues», explique-t-il. "Ensuite, il a cliqué."
Certaines révélations sont survenues par une heureuse coïncidence. Alors que Kistler présentait une première version de ses découvertes au Brésil l'année dernière, Flaviane Malaquias Costa, étudiante au doctorat à l'Université de São Paulo, était parmi le public. Elle a souligné que la carte génétique de Kistler présentait une similitude remarquable avec la distribution d'un mot amazonien pour désigner le maïs. Plus tard, Jonas Gregorio de Souza et Eduardo Ribeiro, respectivement chercheurs à l'Université d'Exeter et au Muséum d'histoire naturelle, ont contribué à relier davantage cette tendance linguistique au paysage.
Le travail collectif de l'équipe «établit joliment un modèle explicite dans lequel le maïs a continué d'évoluer après son arrivée en Amérique du Sud», déclare Jeffrey Ross-Ibarra, phytotechnicien à l'Université de Californie à Davis, qui étudie la génétique évolutive du maïs et de la téosinte., mais n’a pas participé à cette étude. "Bien qu'il ne s'agisse pas d'une seconde domestication en soi, cela montre que le maïs sud-américain a subi une adaptation considérable, quelque peu indépendamment du maïs au Mexique."
Pour Michael Blake, anthropologue à l'Université de la Colombie-Britannique, dont les recherches portent sur les origines et la propagation de l'agriculture, le séquençage de neuf plantes archéologiques est particulièrement intéressant. "Nous n'avons pas encore eu beaucoup de bons contextes [en Amérique du Sud] où nous pouvons obtenir de bons échantillons de maïs archéologique datés de manière fiable et ... suffisamment préservés pour pouvoir fournir des preuves génétiques", a-t-il déclaré.
Mais Blake note également que ces échantillons anciens n’avaient que 1 000 ans environ, ce qui est «assez tardif dans l’évolution du maïs». Il existe très peu d’échantillons archéologiques de maïs d’Amérique du Sud datant d’il ya cinq ou six mille ans, ce qui rend difficile pour obtenir une image complète du grain qui a été acheminé au Mexique.
«La caractérisation génétique elle-même peut ne pas nous en dire beaucoup sur la morphologie [ou la forme et la structure des plantes] car nous ne savons pas exactement quels sont les liens entre les aspects de la morphologie et les gènes eux-mêmes», explique Blake.
Kistler reconnaît qu'il serait «vraiment agréable» de disposer de preuves aussi anciennes d'Amérique du Sud, mais il pense également à l'avenir. Il est important de comprendre comment le maïs s'est adapté aux nouveaux environnements dans le passé, car le grain continue d'être une source de nourriture vitale aujourd'hui, a déclaré Kistler. La domestication du maïs a jusqu’à présent été couronnée de succès, car une relation symbiotique entre l’homme et la plante a prospéré pendant des millénaires; en cultivant du maïs, les humains ont obtenu une source de nourriture fiable et le maïs a été semé régulièrement dans un environnement riche en nutriments.
Notre climat en mutation rapide est toutefois quelque peu en train de «perturber cette relation», explique Kistler. "Il est donc encore plus important de penser en termes de biodiversité et de capacité d'adaptation lorsque notre système de production alimentaire commence à mal réagir aux caractéristiques climatiques changeantes et de haut niveau."
