¿Cuántas generaciones se necesitan para domesticar las plantas?

Los cultivos modernos se han apartado significativamente de sus ancestros silvestres durante miles de años de reproducción selectiva. No todo esto fue deliberado, por ejemplo, una adaptación temprana del trigo fue para semillas que se adhieren al tallo en lugar de caerse; esto fue una consecuencia de que los agricultores araron debajo de las semillas caídas y plantaron las que se aferraban.

Supongamos que hay que empezar de cero con plantas silvestres ancestrales, pero con conocimientos modernos. No hay laboratorio biológico para la ingeniería genética, solo reproducción selectiva, pero usted sabe lo que está haciendo y está ejecutando un proyecto para seleccionar cuidadosamente y deliberadamente las mejores plantas individuales en cada generación. Creo que debería ser mucho más rápido que los miles de años que tomó la primera vez.

¿Cuántas generaciones se necesitarían para producir trigo de alto rendimiento, manzanas gordas y fresas, etc. de ancestros silvestres?

Para tomar un ejemplo específico, considere esta fresa ancestral: https://en.wikipedia.org/wiki/Fragaria_virginiana

¿Cuántas generaciones de crianza selectiva se necesitarían para duplicar el rendimiento de las fresas, en términos de kilogramos por hectárea?

Sospecho que no muchos, particularmente si vas más allá y realmente logras controlar el cultivo de plantas (es cierto que eso es mucho más difícil con las plantas que con los animales), pero no tengo evidencia de ninguna manera.
Eso si sabes cuales son sus ancestros salvajes. Por ejemplo, el antepasado silvestre del maíz se identificó solo a mediados del siglo XX; así de diferente se ve. Y si la planta en realidad tiene un ancestro silvestre. Por ejemplo, el trigo común ( Triticum aestivum ) no lo hace; es un alohexaploide que combina los genomas de tres especies diferentes en dos géneros diferentes. No sabemos cómo lo hicieron nuestros antepasados ​​primitivos. Para más diversión con la aloploidia, vea el triángulo de U que muestra la extraña ascendencia de Brassica .
@JBH Sí, lo tengo. Si solo preguntara sobre una especie de planta, las respuestas útiles serían inaplicables porque no son sobre esa especie específica. Afirmo que esta es una sola pregunta porque los números relevantes estarán dentro de un orden de magnitud entre sí en muchas especies de cultivos diferentes. En cuanto al acceso a los laboratorios modernos, ya respondí eso en el segundo párrafo, por lo que al menos su comentario ha demostrado de manera útil la existencia de personas que votan para cerrar sin leer la pregunta en su totalidad.
Sería especialmente útil si pudiera investigar el código genético/desarrollo temprano de cada iteración de la planta y determinar a partir de eso si el cultivo está avanzando en la dirección "buena" o "mala".
@AlexP ¡Cierto! Pero no creo que eso sea crítico. Me parece que debería ser posible producir algo funcionalmente equivalente al cultivo moderno, sin volver sobre la genética exacta. Por ejemplo, hay bastantes especies de manzano silvestre. Creo que cualquiera de ellos podría criarse selectivamente para producir manzanas regordetas similares a las que tenemos hoy, con el tiempo.
Este artículo de Wired tiene algunas cifras aproximadas de un proyecto que comenzó en el '76 para rediseñar nuestros cultivos anuales actuales en plantas perennes. Inicialmente estimaron 50-100 años solo con selección artificial.
@JBH Bien, se agregó un ejemplo específico que elige una especie con una métrica precisa.
¿Está comenzando con el ancestro silvestre o las plantas silvestres modernas que tienen mucha contaminación de las plantas agrícolas modernas? esto, por supuesto, también dependerá mucho de la planta, algunas plantas han sido criadas selectivamente durante mucho más tiempo que otras.
@John Comenzando con el ancestro salvaje.
Voté para reabrir esta pregunta (a pesar de que se seleccionó una respuesta) porque se modificó adecuadamente y es una buena pregunta.

Respuestas (3)

Asumir:

  • tantos individuos por generación como sea necesario para mostrar todos los fenotipos posibles
  • el rasgo deseado depende de una sola relación fenotipo a genotipo 1-1: hay dos genes y cada uno corresponde a un solo fenotipo cuando se expresa A-fruto pequeño y b-fruto grande
  • un gen, indeseable, domina por completo al otro, el rasgo deseable. Es decir, si hay CUALQUIER A en la descendencia, mostrará frutos pequeños. La fruta grande solo se muestra cuando ambos genes son b.
  • cada progenitor (padre de primera generación) es un genotipo mixto (por lo tanto, tendría frutos pequeños, pero tendría el potencial de producir frutos grandes)
  • y no hay mutaciones genéticas significativas (SIEMPRE hay mutaciones, la mayoría no hace mucha diferencia)
  • completo conocimiento y control sobre el intercambio de polen

SI se acepta todo lo anterior, entonces puede cambiar el fenotipo a frutas grandes que se reproducen en una sola generación, porque todas las plantas que exhiben el fenotipo BigFruit tendrían genes doblemente recesivos, bb. Ninguna de las suposiciones anteriores es muy probable, por lo que este resultado es bastante inútil, excepto para mostrar cuán simple tendría que ser para tener una respuesta clara y consistente.

Como han dicho otros, la suerte, la percepción, el conocimiento científico, la complejidad genética del rasgo deseado, los factores ambientales que contribuyen a la expresión génica, los métodos que usan las plantas para mover el material genético (por ejemplo, el polen), la capacidad de las personas para manipular las plantas y el medio ambiente ( no como en un laboratorio, sino como, ¿puedes mantener alejados a los insectos?, ¿puedes bloquear el viento, etc.) para controlar la polinización, el conocimiento de la gente sobre cómo funciona este material genético, ¿saben qué es el polen? ¿intervienen activamente en la polinización o seleccionan semillas en función de si la planta exhibe el rasgo deseado? ¿Pueden clonar vegetativamente el resultado una vez que tengan uno que les guste? A veces, los cultivos se convierten en cultivos específicamente porque responden a los esfuerzos de mejoramiento.

La respuesta está entre 0 e imposible. Hay plantas y animales que son, hasta donde sabemos, no domesticables. Algunas plantas (guisantes) se utilizan para enseñar genética y mejoramiento debido a la relativa simplicidad de algunas relaciones genotipo/fenotipo, su tendencia habitual a la autopolinización (lo que hace que el control de la polinización sea relativamente simple), etc.

tl; dr - Esta es una pregunta increíblemente compleja. Depende de tantos factores que no tiene respuesta excepto por "una o más generaciones, si es posible".

Ahora, si tiene una situación en la que quiere que tome, digamos, 10 generaciones de plantas, y quiere saber algunas cosas que harían que sea coherente con los rasgos de la planta, eso podría ser más responsable.

Pero, con solo la información que ha proporcionado y mi conocimiento (trabajo con horticultores y especialistas en germoplasma, pero yo mismo no estoy capacitado como tal), no creo que haya una respuesta "correcta".

Espero que sea útil, lo siento, no es una respuesta más concreta.

Estos recursos, sin embargo, pueden ser interesantes para la construcción de su mundo:

Este le permite buscar plantas de cultivo por características deseables y, para muchas, obtener un linaje genético para ellas: https://npgsweb.ars-grin.gov/gringlobal/descriptors

Este le permite buscar ancestros de cultivos silvestres y averiguar qué rasgos se han introducido cuando se criaron nuevamente en líneas domésticas: https://npgsweb.ars-grin.gov/gringlobal/taxon/taxonomysearchcwr

Fuentes: años de tratar de dar sentido al trabajo entre investigadores genéticos, recursos de germoplasma y agricultores en el terreno tratando de resolver problemas de cultivos con más capacitación en comunicación que en biología.

Excelente primer post Niko, bien referenciado también. Bienvenido a Worldbuilding, disfruta del sitio.
la mayoría de estas suposiciones no se aplican a las fresas. El tamaño de la fresa se debe a la poliploidía.
No olvide los efectos genéticos de los virus de las plantas. Esos pueden causar mutaciones muy aleatorias en poco tiempo. No me gustaría tratar de contar con ellos, pero es posible que hayan tenido una influencia en el pasado.
@ John, no estaba hablando de fresas y OP tampoco. La poliploidía es extremadamente compleja y estaba intentando crear la posibilidad más simple.
@DavidR Tampoco me olvidé de las mutaciones, ya sea por virus, radiación u otras fuentes. Disculpe mi curiosidad de novato, pero ¿leer la respuesta antes de comentar es un tabú o algo así?
@NikoGreenwood puede inducir poliploidía en las plantas con mucha facilidad, la poliploidía inducida por choque frío es tan común que ocurre accidentalmente en la naturaleza.
@ John, nadie está discutiendo contigo. No estaba asumiendo que incluso las fuentes naturales de inhibidores mitóticos estarían disponibles, dado que hay conocimiento moderno pero no laboratorios. El hecho de que sea común, ocurra naturalmente, etc., no significa que sea "simple". Pero todavía no estoy discutiendo contigo. En absoluto. No estoy seguro de si hay un desacuerdo aquí o no.
@NikoGreenwood Tu respuesta fue leída antes de comentar. Es solo que cuando leí el análisis de los cambios evolutivos probables en el ADN, parece que las mutaciones causadas por virus se han enumerado como un posible mecanismo para cambios significativos. Parece que las tasas de mutación regulares no ofrecen los grandes saltos.

Las fresas regordetas toman exactamente una generación.

Son básicamente híbridos de la fresa europea con la fresa americana. Esto mejoró significativamente su tamaño, color y sabor.

Las manzanas y el trigo podrían ser mejores ejemplos. Las manzanas tardan entre 5 y 7 años antes de que puedas probar si la nueva planta vale la pena. Esto es similar a la mayoría de los otros árboles frutales. Pero, con los árboles frutales, puede mantener una variedad específica una vez que la haya descubierto a través del injerto. El injerto es básicamente la clonación del hombre de las cavernas (los antiguos romanos lo hicieron) donde tomas una rama de una variedad que te gusta y la cortas en la corteza de otro árbol donde comenzará a crecer nuevamente como una especie de Frankentree. Una vez que la rama esté creciendo, puedes volver a tomar pedazos de esa rama y hacerlo de nuevo.

De esta manera, algunos "árboles" han estado creciendo durante siglos, y creo que hay un puñado que ha estado creciendo durante más de un milenio.

Sin embargo, dicho esto, ese es solo el producto final. Las manzanas comenzaron como pequeñas frutas pequeñas, concisas, llenas de semillas y, en muchos casos, agrias o incluso amargas. Por lo que he leído, los manzanos modernos están a menos de 1200 generaciones de distancia de sus ancestros de manzana silvestre/cangrejo no domesticados. Eso está de acuerdo. Pero las estimaciones varían considerablemente y, de hecho, pueden ser tan pocas como hace 700 u 800 generaciones.

El trigo es diferente, en que en algunos lugares del mundo puedes tener más de una generación por año, pero esto no lo hace más rápido en realidad (los antiguos no eran expertos en domesticación, simplemente tropezaron en su camino a través de el proceso, por lo que probablemente todavía estaban limitados a una cosecha/generación por año). Podríamos considerar otro grano, el teosinte... que eventualmente se convierte en maíz/maíz de fama mundial. Las diferencias en los dos son sorprendentes. Pocas personas reconocen su relación al mirarlas, en que las mazorcas de maíz son mucho más grandes que las cabezas de las semillas en el teocintle, tan diferentes en todos los sentidos.

Las estimaciones que estoy extrayendo de Google dicen que está en miles de generaciones bajas (de un solo dígito).

Pero, de nuevo, los pueblos antiguos no eran expertos en el cultivo de plantas, no como lo somos hoy.

Los diversos experimentos que se han llevado a cabo en tales cosas sugieren que tan solo 100 generaciones pueden hacer cambios lo suficientemente significativos como para etiquetarlos como "domesticación", si el criador es sofisticado, está orientado a objetivos y está bien financiado. Y esto parece ser cierto tanto para las plantas como para los animales (los experimentos con zorros domesticados, por ejemplo).

"Esto mejoró significativamente su tamaño, color y sabor". Tamaño, sí. Que mejoró el color y el sabor solo podría sugerirlo alguien que nunca haya comido fresas silvestres. Pero ese es el caso de muchas de las variedades de frutas nacionales desarrolladas en los últimos años: el tamaño y otras cualidades, como la capacidad de envío, son más importantes que el sabor.

3-4 generaciones de plantas.

En fresa se puede duplicar el rendimiento en 3-4 generaciones, las fresas domesticadas son tan grandes debido a la poliploidía por choque frío, que son híbridos entre dos variedades silvestres octoploides. Es decir, tienen 8 copias de todos sus cromosomas y el choque por frío puede desencadenar la duplicación de cromosomas en las plantas. Puede ejecutar ambas líneas ancestrales en paralelo.

  1. 2 juegos de cromosomas / shock frío

  2. 4 juegos de cromosomas / shock frío

  3. 8 juegos de cromosomas / hibridar

  4. las fresas grandes que quieras.

Así que puedes recrearlos en cuatro generaciones de plantas como máximo. Incluso puede encontrar variedades silvestres que ya son tetraploides u octoploides, por lo que se reduce a dos generaciones.

Sin embargo, este no es un buen indicador de qué tan rápido puede hacerlo con la mayoría de las otras plantas. El maíz, por ejemplo, podría llevarte miles de generaciones . Sin embargo, algo similar funcionará para algunas otras frutas que a menudo también son poliploides.

https://www.nature.com/articles/s41588-019-0356-4

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4315931/

podría ser solo una generación 1 si encuentras ese mutante afortunado de inmediato.
@green todavía tienes que cruzarlos.
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