Genetik enthüllt alte Handelsrouten der Four Corners-Kartoffel

Eine neue Studie zeigt, dass eine einheimische Kartoffelart in ferner Vergangenheit von Ureinwohnern in den Süden Utahs gebracht wurde. Damit ist sie die einzige kulturell bedeutsame Pflanzenart, die im Südwesten der USA domestiziert wurde.

Das Forscherteam unter der Leitung von Red Butte Garden und dem Natural History Museum of Utah (NHMU) an der University of Utah nutzte genetische Analysen, um herauszufinden, wie und wo Knollen der Four Corners-Kartoffel (Solanum jamesii) auf dem gesamten Colorado-Plateau gesammelt, transportiert und gehandelt wurden. Die Ergebnisse stützen die Behauptung, dass die Knolle eine „verlorene Schwester“ ist und neben Mais, Bohnen und Kürbis – allgemein bekannt als die drei Schwestern – zu den Grundnahrungsmitteln gehört, die in der trockenen Landschaft auf raffinierte Weise angebaut werden.

„Der Transport ist einer der ersten entscheidenden Schritte bei der Domestizierung einheimischer Pflanzen zu Nutzpflanzen“, sagte Dr. Lisbeth Louderback, Kuratorin für Archäologie an der NHMU, außerordentliche Professorin für Anthropologie an der Universität und Co-Autorin der Studie. „Die Domestizierung einer Pflanzenart kann damit beginnen, dass Menschen Fortpflanzungspflanzen sammeln und an einem neuen Ort neu pflanzen.“

Die Autoren sammelten DNA-Proben von modernen Four Corners-Kartoffelpopulationen in der Nähe archäologischer Stätten und von nicht-archäologischen Populationen innerhalb des natürlichen Verbreitungsgebiets der Kartoffel im Mogollon Rim in Zentral-Arizona und New Mexico. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Kartoffel wahrscheinlich von den Vorfahren der modernen Pueblo-Stämme (Hopi, Zuni, Tewa, Zia), Diné, Südpaiute und Apachen hierher transportiert und angebaut wurde.

„Die Four Corners-Kartoffel spiegelt neben Mais, Kakao und Agave den erheblichen Einfluss des Menschen auf die Pflanzenvielfalt in der Landschaft über Jahrtausende hinweg wider“, sagte Dr. Bruce Pavlik, ehemaliger Direktor für Naturschutz im Red Butte Garden und Hauptautor der Studie.

Das Papier erscheint im Amerikanisches Journal der Botanik.

S. jamesii hat den doppelten Protein-, Kalzium-, Magnesium- und Eisengehalt einer Bio-Kartoffel und eine einzelne Knolle kann in nur vier Monaten bis zu 600 kleine Knollen hervorbringen. Die nahrhafte Ernte wäre ein hochgeschätztes Handelsgut gewesen und in den mageren Wintermonaten unverzichtbar. Während die einzigartige Verbreitung der Four Corners-Kartoffel für Wissenschaftler und Forscher eine Überraschung war, hatten die lokalen Stammesmitglieder dies schon immer vermutet.

Die verlorene Schwester

Die Mogollon Rim-Region umfasst Süd-Zentral-Arizona und erstreckt sich nach Osten und Norden bis in die Mogollon Mountains von New Mexico. Zerklüftete Kalkstein- und Sandsteinklippen unterbrechen die Ponderosa-Kiefern, Pinyon-Kiefern und Wacholder, die über das hochgelegene Gelände verstreut sind. S. jamesii ist im gesamten Rim weit verbreitet – die Pflanzen gedeihen in Nadelwäldern und unter einem einzigen Pinyon-Kieferndach können Tausende kleiner Knollen wachsen. Diese „nicht-archäologischen“ Populationen sind nicht mit Artefakten verbunden, werden ziemlich groß und sind kontinuierlich über den Lebensraum verteilt.

Im Gegensatz dazu kommen „archäologische Populationen“ der Kartoffel in einem Umkreis von 300 Metern um alte Siedlungsstätten vor und sind tendenziell kleiner als im zentralen Verbreitungsgebiet der Art. Die spärlichen, isolierten Populationen auf dem Colorado-Plateau weisen eine genetische Zusammensetzung auf, die nur durch menschliches Sammeln und Transportieren erklärt werden kann.

Um sich sexuell fortzupflanzen – also lebensfähige Samen zu erzeugen – müssen Blüten Pollen von einer anderen Pflanze mit spezifischen, kompatiblen genetischen Faktoren erhalten. Ohne die richtige Begleitpflanze klonen sich Pflanzen selbst, indem sie aus unterirdischen Stängeln sprießen und eine genetisch identische Tochterpflanze erzeugen. Dank der Klonfähigkeit kann S. jamesii auch dann überleben, wenn die Bedingungen alles andere als ideal sind. Außerdem hinterlässt es einen genetischen Stempel, der den Ursprungsort jeder Population markiert. Diese Signatur ist bei Kartoffeln üblich, die an Orte mit wenigen anderen Exemplaren gebracht werden, und bleibt Hunderte von Generationen lang bestehen.

Die Forscher sammelten DNA-Proben von 682 einzelnen Pflanzen aus 25 Populationen der Four Corners-Kartoffel – 14 Populationen befanden sich in der Nähe archäologischer Stätten, während 11 aus nicht archäologischen Gebieten ihrer natürlichen Verbreitung stammten. Die Ergebnisse zeigten, dass die genetisch vielfältigsten Populationen von S. jamesii um den Mogollon Rim konzentriert waren. Im Gegensatz dazu wiesen Populationen von archäologischen Stätten eine geringere genetische Vielfalt auf, da die transportierten Knollen möglicherweise nur einen Bruchteil der verfügbaren Gene enthielten.

Den Ursprüngen archäologischer Populationen auf der Spur

Die Autoren fanden heraus, dass Populationen von S. jamesii im Escalante Valley im Süden Utahs zwei verschiedene Ursprünge haben – eine direkt aus der Mogollon Rim-Region und eine verwandt mit Bears Ears, Mesa Verde und El Morro. Diese archäologischen Stätten bilden einen genetischen Korridor, der darauf hindeutet, dass Menschen in der Antike die Knollen transportierten.

Obwohl sie geografisch nahe beieinander liegen, weisen vier archäologische Populationen rund um das Escalante Valley unterschiedliche Ursprünge auf. Die genetischen Signaturen könnten darauf hinweisen, dass Menschen in der fernen Vergangenheit Kartoffeln mehrfach an neue Orte transportierten, in einem Muster, das wahrscheinlich alten Handelsrouten entspricht.

„Die Kartoffel reiht sich in eine große Ansammlung von Gütern ein, die in dieser riesigen Kulturlandschaft gehandelt wurden“, sagte Louderback. „Jahrtausendelang waren die Menschen im Südwesten an sozialen Netzwerken, Migration und Handelsrouten in der Region beteiligt.“

Klar ist, dass die Art weit weg von ihrem natürlichen Verbreitungsgebiet transportiert und angebaut wurde. Wissenschaftler der USDA Potato Gene Bank haben die Genetik der Four Corners-Kartoffel jahrzehntelang untersucht und waren fasziniert von der Vielfalt der genetischen Muster in diesem geografischen Verbreitungsgebiet.

„Wir haben uns immer gefragt, wie die genetische Vielfalt von Solanum jamesii verteilt ist“, sagte Dr. Alfonso del Rio, Pflanzengenetiker an der University of Wisconsin-Madison und der Kartoffel-Genbank des US-Landwirtschaftsministeriums sowie Mitautor der Studie. „Es war uns nicht klar, dass der Mensch sein Verbreitungsgebiet verändert hat, aber jetzt haben wir Beweise, die genau das bestätigen.“

Die Forscher interpretieren den Transport der Four Corners-Kartoffel als frühes Stadium der Domestizierung. Sie planen jedoch, bestimmte Gensequenzen zu analysieren, um mehr über die Frosttoleranz, den Geschmack und die Keimfähigkeit von S. jamesii zu erfahren und mehr darüber zu erfahren, ob die Kartoffel wirklich domestiziert wurde.

„Wir möchten uns bestimmte genetische Marker für bestimmte wünschenswerte Merkmale wie Knollengröße und Frosttoleranz ansehen“, sagte Pavlik. „Es ist durchaus möglich, dass die Ureinwohner bestimmte Merkmale bevorzugten und deshalb versuchten, günstige Gene zu fördern.“