Картофът е третата по значение основна хранителна култура на Земята. Заедно с пшеницата, ориза и царевицата той осигурява приблизително 80 процента от всички калории, консумирани от човешкия вид. Преди около 7000 години на бреговете на езерото Титикака, в днешните Боливия и Перу, хората започнали да отглеждат това растение, което оттогава се е разпространило на всеки континент с обработваема земя и в много страни се е превърнало в най-големия източник на въглехидрати в храната.

Растението, което хората са опитомили преди 7000 години, вече е било резултат от значително по-древно биологично събитие. Еволюционният произход на картофа е бил един от най-упоритите нерешени въпроси в селскостопанската ботаника през по-голямата част от миналия век. Самият клубен като структура има специфичен и необичаен профил. Много малко растителни родове образуват клубени, а онези, които го правят, обикновено са ги развили независимо един от друг. Според наличните сравнителни данни грудката на картофа е истински новаторско биологично изобретение.

Това, което доскоро не беше ясно, е как е възникнала тя.

Култивираният картоф принадлежи към линия растения, наречена „Петота“, която включва култивирания вид Solanum tuberosum, както и 107 диви родствени вида. Линията „Петота“ е тясно свързана с две други линии в рамките на рода Solanum. Първата е линията на доматите, която включва 17 култивирани и диви вида, сред които и добре познатият Solanum lycopersicum. Вторият е много по-малък род, наречен Etuberosum, който включва само три живи вида, всички родом от южната част на Южна Америка и до голяма степен неизвестни извън специализираните ботанически среди.

През по-голямата част от ХХ век тези три рода не подлежаха на еднозначна класификация. Някои морфологични характеристики на картофа изглеждаха да го свързват с рода Etuberosum. Някои генетични характеристики я свързваха с рода Tomato. Опитите да се постави картофът в рамките на едно единствено еволюционно дърво постоянно водеха до противоречия. Най-подробните анализи от ХХ век стигнаха до заключението, че картофът е по-близък до рода Etuberosum, отколкото до рода Tomato, но последващите молекулярни изследвания дадоха резултати, които подкрепяха обратното заключение.

Проблемът, както все повече подозираха, но не можеха да потвърдят ботаниците, работещи върху тази група, беше, че картофът може би изобщо не се вписва в нито едно еволюционно дърво.

През юли 2025 г. изследователски екип, ръководен от Санвен Хуанг от Китайската академия на селскостопанските науки, в съавторство със Сандра Кнап от Музея по естествена история в Лондон, публикува статия в сп. Cell, която разгада дългогодишната загадка. Екипът беше събрал и анализирал висококачествени геномни последователности от всички основни родословия на Petota, Tomato и Etuberosum в рода Solanum, като използваше изчислителни методи, достатъчно чувствителни, за да открият специфичния отпечатък на древна хибридизация между две преди това отделни еволюционни линии.

Признакът беше налице. Анализът на екипа на Хуанг установи, че цялата линия на картофите, включително всеки див вид картофи и всеки култивиран сорт, произхожда от едно единствено древно събитие на хибридизация между предшественик на съвременната линия Tomato и предшественик на съвременната линия Etuberosum, настъпило преди приблизително 8 до 9 милиона години в района, който днес представлява южната половина на Южна Америка.

Към този момент двете родителски линии са се били разделили преди около 14 милиона години. Те били достатъчно различни, така че според стандартните правила на биологичното видообразуване тяхното потомство не би трябвало да е способно да се размножава. Случайната среща, която довежда до появата на картофа, е – от обичайна еволюционна гледна точка – събитие, което не би трябвало да се случи. Потомството им би трябвало да бъде стерилно или нежизнеспособно. Вместо това хибридът дава началото на стабилна линия, която през следващите 8 милиона години се разнообразява в над 100 вида, които днес съставляват „Петота“.

Най-забележителният резултат от анализа на екипа на Хуанг беше идентифицирането на конкретните гени, с които всеки родител е допринесъл за най-характерната особеност на картофа.

Грудката не представлява единичен белег. Тя е координирана система на развитие, включваща момента на започване на образуването на грудката, определянето на това кои подземни стъбла ще се превърнат в грудки, натрупването на нишесте в съответната тъкан и последващата сънливост, която позволява на клубена да преживее зимата. Анализът на екипа показа, че два гена са от съществено значение за този процес, като всеки от тях произхожда от различен предшественик.

Първият ген, наречен SP6A, функционира като главен превключвател, който указва на растението кога да започне да образува клубени. Той реагира на продължителността на дневната светлина и други сигнали от околната среда и задейства поредицата от развитийни процеси, която води до образуването на клубена. SP6A произхожда от предшественика на домата. Самият род на доматите не образува грудки, но генът, който по-късно ще се превърне в главния превключвател за образуването на грудки, е присъствал в генома на предшественика на доматите, изпълнявайки друга функция, свързана с цъфтежа.

Вторият ген, наречен IT1, контролира определянето на това кои подземни стъбла ще се превърнат в грудки, както и координацията на самото образуване на грудките. IT1 произхожда от предшественика Etuberosum. Родът Etuberosum образува ризоми, а не грудки и генът IT1 в този род изпълнява свързани с развитието функции, които сами по себе си не са довели до образуването на истински грудки.

Нито една от двете родителски линии не може да образува картофена грудка. Предшественикът на доматите е имал главния превключвател, но не и гена за координация на развитието. Предшественикът на Etuberosum е имал гена за координация, но не и главния превключвател. Единствено хибридът, носещ и двата гена от двамата родители, е могъл да създаде последователността на развитието, която води до образуването на грудка.

Откритието на екипа на Хуанг има последствия, които далеч надхвърлят разрешаването на един академичен таксономичен спор.

Първото е, че една от най-важните култури в човешката история представлява истинска еволюционна новост. Картофът не е просто вариант на съществуващ растителен род, който хората са селекционирали за определени характеристики през последните 7000 години. Той е резултат от междувидово хибридизиране, което е довело до появата на нова система на развитие, която преди това не е съществувала на Земята. Картофът съществува, защото две древни южноамерикански растителни линии, които са се разделили преди 14 милиона години, случайно са расли достатъчно близо една до друга, за да се размножат, и тяхното потомство, противно на стандартните биологични вероятности, се е оказало жизнеспособно.

Второто е, че конкретният механизъм, идентифициран от екипа на Хуанг, при който два гена от два различни предшественика се комбинират, за да създадат способност за развитие, която нито един от родителите не е притежавал, вероятно е по-разпространен в еволюционната история на други селскостопански култури, отколкото се е смятало досега. Известно е, че няколко други хранителни растения, включително пшеницата и памукът, притежават полиплоидни геноми, произлезли от древни хибридни събития. Конкретният тип хомоплоидна хибридна специация, довела до появата на картофа, при която не е имало дублиране на целия геном, е бил значително по-труден за откриване и може да обясни по-голяма част от селскостопанската биология, отколкото настоящите геномни доказателства са успели да разкрият досега.

Самата грудка не е произволно натрупване на нишесте в подземно стъбло. Тя представлява координирана система на развитие, за която са били необходими два конкретни гена от два конкретни предшественика, събрани заедно чрез случайна среща преди около 9 милиона години на място, което никой от участниците в тази среща не е имал възможност да разбере.

Дивият домат, който е допринесъл за „главния превключвател“, може да се открие и днес в различни форми по планинските склонове и крайбрежните райони на западната част на Южна Америка. Малкото растение без грудка, което е допринесло за гена за координация, също все още съществува в три оцелели вида, всички от които са ограничени в малка област в Чили.

Снимка: Unsplash

Виж още: Китай тества ракета със същия газ, ползван от Coca-Cola, за да направи космическите полети по-евтини и безопасни