Wzrost popularności herbaty

W roku około 500, jak głosi legenda, buddyjski mnich Bodhidharma spędził dziewięć lat, stojąc twarzą do ściany jaskini, w ciszy medytując, ale pozostając przytomnym i skupionym. W końcu jednak przysnął, a kiedy się obudził, był tak zły na siebie, że oderwał powieki i z obrzydzeniem rzucił je na ziemię. Z tego odrzuconego ciała wyrosła roślina, z której zwolennicy Bodhidharmy mogli przyrządzić napój, który zarówno pobudzał ich umysły, jak i uspokajał nerwy. Była to pierwsza roślina herbaciana, a napój ten był idealny dla medytujących mnichów.

Ostatnio zsekwencjonowany genom rośliny opowiada jednak inną historię, co oznacza, że naukowcy będą musieli opracować bardziej wiarygodny opis przemiany herbaty z rośliny rosnącej dziko w Chinach w uprawę, która jest podstawą drugiego po wodzie najpopularniejszego napoju na świecie. Każdego dnia ludność świata wypija ponad 2 miliardy filiżanek herbaty. Herbata uprawiana jest komercyjnie w ponad 60 krajach i przynosi roczne zbiory w wysokości ponad 5 milionów ton liści, które są zrywane lub ścinane z najświeższych partii rośliny.

Podróż krzewu herbacianego znajduje odzwierciedlenie w jego nazwie, Camellia sinensis. Camellia wskazuje, że herbata jest rośliną drzewiastą, blisko spokrewnioną z krzewami ozdobnymi, które dzięki swoim kwiatom znalazły miejsce w niezliczonych ogrodach, a sinensis oznacza jej chińskie pochodzenie.

Rozprzestrzenianie się produkcji i konsumpcji herbaty z Chin na resztę świata jest dobrze udokumentowane. Do Japonii herbata trafiła około 1200 roku za sprawą innego buddyjskiego kapłana. Holendrzy przywieźli herbatę do Europy w 1610 roku, a Anglicy poznali jej smak około 50 lat później. Do połowy XIX wieku Chiny zaopatrywały Zachód w herbatę, ale po dziesięcioleciach napięć, które doprowadziły do wojen opiumowych, Wielka Brytania postanowiła uprawiać herbatę w Indiach. Stamtąd uprawa herbaty rozprzestrzeniła się w Imperium Brytyjskim i poza jego granicami.

Trudniej jednak określić, kiedy, gdzie i dlaczego herbata została po raz pierwszy udomowiona, ponieważ nastąpiło to przed rozpoczęciem prowadzenia wiarygodnych zapisów. Uważa się, że herbata była po raz pierwszy używana w Chinach jako zioło lecznicze, prawdopodobnie preferowane ze względu na swoje łagodne właściwości pobudzające, zanim stała się napojem czczonym ze względu na swój delikatny smak. Obecne szacunki mówią o pierwszym użyciu 3,500-4,000 lat temu. Jednak „pierwsza jednoznaczna wzmianka o herbacie w tekście pochodzi z umowy o pracę sprzed około 2 tysięcy lat” – mówi Lawrence Zhang, historyk z Hong Kong University of Science and Technology. „Jedną z rzeczy, które miał zrobić sługa, było pójście na rynek i kupienie tej rośliny dla swojego pana.”

Najwcześniejsze archeologiczne dowody picia herbaty mieszczą się w podobnych ramach czasowych. W 2016 r. charakterystyczne składniki molekularne herbaty znaleziono w materii roślinnej zebranej w północno-wschodnich Chinach i Tybecie, a następnie datowano je metodą węglową na około 2100 lat1. Aby jednak cofnąć się jeszcze dalej, do najwcześniejszej domowej historii herbaty, biolodzy szukają wskazówek w DNA dzisiejszych krzewów herbacianych.

Wybór cech

Zbytnim uproszczeniem jest wyobrażenie sobie, że istnieje moment, w którym dzika roślina przekształca się w produkt rolny. „Zazwyczaj mamy do czynienia z początkowym udomowieniem, po którym następuje długi okres doskonalenia” – mówi Jonathan Wendel, genomik ewolucji roślin na Uniwersytecie Stanowym Iowa w Ames. „A to doskonalenie wciąż trwa w wielu naszych roślinach i zwierzętach.”

W przypadku każdej rośliny uprawianej obecnie przez ludzi, to początkowe udomowienie wiązało się z zainteresowaniem ludzi dziko rosnącymi roślinami – na początku zbieraniem owoców lub liści, na przykład – a następnie rozpoczęciem ich uprawy na własny użytek. Świadomie lub nie, hodowcy preferencyjnie rozmnażający rośliny, które najlepiej dostarczają pożądanych przez nich cech, narażają ten gatunek na sztuczną selekcję.

Z czasem powoduje to zwykle duże zmiany w gatunku. Na przykład teosinte, dziki przodek kukurydzy, jest bardzo rozgałęzioną dziką trawą rodzącą wiele małych kłosów kukurydzy – uderzająco różną od mocnych pojedynczych łodyg kukurydzy uprawnej, która produkuje tylko kilka dużych kłosów. Dla kontrastu, jednak, hodowlane orzechy brazylijskie są prawie nie do odróżnienia od ich dzikich przodków.

Pochodzenie herbaty jest zamglone przez fakt, że dzikie rośliny C. sinensis nigdy nie zostały jednoznacznie zidentyfikowane. Bliscy kuzyni C. sinensis rosną dziś dziko w Chinach i krajach sąsiednich, ale wyraźnie należą do różnych gatunków. A tam, gdzie znaleziono dziko rosnącą C. sinensis, większość naukowców uważa, że takie rośliny są zdziczałe i pochodzą z upraw.

Ta sytuacja nie jest szczególnie niezwykła. „Stało się truizmem, że dzikie formy większości naszych udomowionych roślin uprawnych nie istnieją – nie można ich znaleźć”, mówi Wendel. Jak wyjaśnia, istnieje wiele powodów takiego stanu rzeczy. Na przykład roślina mogła być rzadka i wyginąć. Ale dlaczego tak się stało, oznacza to, że badacze nie znają punktu, od którego rozpoczęło się udomowienie herbaty. Nie widzieli rośliny, która jako pierwsza została wykorzystana przez człowieka, więc nie wiedzą, które z cech współczesnej rośliny zostały wprowadzone przez ludzi. Raczej muszą próbować wywnioskować te informacje z podpowiedzi w DNA rośliny i jej biologii.

Hodowla herbaty prawdopodobnie wybrała dla cech takich jak wyższa wydajność, być może wybierając rośliny z sezonową jednorodnością wzrostu i odpornością na zimno i choroby. Ale, prawie na pewno, była również selekcja do produkcji związków, które sprawiają, że picie herbaty jest przyjemne doświadczenie. „Jakość herbaty zawdzięczamy głównie jej wtórnym metabolitom” – mówi Colin Orians, ekolog z Uniwersytetu Tufts w Medford w stanie Massachusetts. Ale te substancje chemiczne „nie są po to, by herbata smakowała ludziom” – mówi. Zamiast tego są one produktami szlaków biochemicznych, które pomagają roślinie herbaty przetrwać.

Nie możemy być pewni, dlaczego każdy ze składników herbaty ewoluował, mówi Orians, ale pewne ogólne zasady dostarczają wskazówek. Kofeina, która nadaje herbacie działanie pobudzające, jest neurotoksyną dla owadów i innych bezkręgowców i może mieć działanie przeciwbakteryjne. Katechiny – związki, które nadają herbacie gorzki posmak i którym przypisuje się potencjalne korzyści zdrowotne wynikające z picia herbaty – to flawonoidy, czyli szereg cząsteczek o działaniu przeciwutleniającym, które pomagają roślinom radzić sobie ze stresem oksydacyjnym. Niektóre z nich chronią rośliny przed roślinożercami lub przed promieniowaniem ultrafioletowym. A teanina – substancja chemiczna związana z potencjalnymi efektami uspokajającymi herbaty – jest aminokwasem, który prawdopodobnie przyczynia się do biochemii azotu i syntezy materiału roślinnego.

Jakaś kombinacja tych związków po raz pierwszy przyciągnęła ludzi do dzikich roślin herbacianych, ale od tego czasu ich względna obfitość została prawdopodobnie przesunięta przez sztuczną selekcję. „Nie mam wątpliwości, że zaczęliśmy lubić herbatę ze względu na kofeinę” – mówi Orians – „ale lubimy, gdy nasze stymulanty również dobrze smakują”. Wczesne teksty o herbacie, pochodzące z VIII wieku, pokazują, że często przygotowywano ją z dodatkowymi aromatami, takimi jak cebula, imbir, sól lub pomarańcza, co sugeruje, że sama herbata była niesmaczna. Smak herbaty poprawiły innowacje w przetwarzaniu liści – metody te umożliwiły produkcję z tej samej rośliny herbaty zielonej, białej, czarnej i oolong – ale prawdopodobnie herbata była również hodowana w celu uzyskania lepszego smaku. Z pewnością do dziś prowadzi się wiele eksperymentów w zakresie uprawy odmian herbaty – odmian powstałych w wyniku selektywnej hodowli – o nowych profilach smakowych. Nie jest jednak jasne, kiedy smak zaczął napędzać selekcję.

A, C, G i herbata

W ciągu ostatnich dwóch dekad analizy genetyczne zmieniły sposób rozumienia pochodzenia wielu roślin uprawnych, w tym kukurydzy, oliwek i ryżu. Teraz dołącza do nich herbata.

W miarę udomawiania roślin, stają się one coraz bardziej genetycznie odmienne od swoich dzikich przodków. Gromadzą mutacje, które leżą u podstaw cech, dla których hodowcy wybierają, a warianty znalezione na regionach chromosomów w pobliżu tych mutacji mogą rozprzestrzeniać się wraz z nimi. W miarę upływu czasu gromadzone są również przypadkowe różnice genetyczne. Dlatego też gatunki zmieniają się genetycznie, a każda odmiana rośliny, która jest trzymana z dala od innych odmian przez hodowców, również rozwinie swój własny profil genetyczny. Bez dzikiego przodka do scharakteryzowania, zmiany te nie mogą być obserwowane bezpośrednio, ale katalogowanie genotypów obecnych szczepów umożliwia genetykom wnioskowanie o niektórych z tej historii.

Analiza różnic genetycznych między uprawianymi szczepami ujawnia najbardziej wiarygodnie, jak blisko spokrewnione są szczepy. Im bardziej spokrewnione okazują się być dwa szczepy, tym niedawno miały wspólnego przodka. Genetycy mogą zatem analizować dzisiejsze odmiany, aby narysować drzewa genealogiczne przedstawiające ich relacje. Wyznaczanie takich historii ewolucyjnych dla roślin uprawnych jest skomplikowane przez krzyżówki między odmianami, ale powstałe w ten sposób hybrydy mają genotypy, które są wyraźną mieszanką dwóch odrębnych zestawów genów rodzicielskich.

Genetycy mogą również wnioskować, które regiony genomu zostały wybrane przez plantatorów herbaty. Gdy korzystna cecha genetyczna szybko rozprzestrzenia się w populacji – dzięki temu, że rolnicy decydują się na hodowlę tylko takich krzewów herbacianych, które ją posiadają – cały region chromosomalny zostaje przeniesiony. Oznacza to, że inne wersje regionu genomowego są wygnane, a odcinek genomu nie będzie się zbytnio różnił między szczepami i poszczególnymi roślinami – co jest pewnym znakiem dla genetyków, że region ten zawiera jeden lub więcej genów związanych z cenną cechą.

Badacze wykorzystują genetykę do prób określenia związków między szczepami herbaty od 20 lat i stosują coraz bardziej zaawansowane narzędzia genetyczne. Obecnie istnieje około 1500 odmian, które umownie zostały pogrupowane w określony sposób. Najbardziej oczywisty jest podział na herbatę chińską (C. sinensis var. sinensis) i herbatę Assam (C. sinensis var. assamica), której nazwa pochodzi od regionu Assam w Indiach, gdzie była uprawiana po raz pierwszy. Herbata chińska ma mniejsze liście niż herbata Assam i jest bardziej odporna na chłodniejszy klimat. Herbata Assam stanowi jedynie niewielką część herbaty uprawianej w Chinach, ale jest powszechnie uprawiana w Indiach i innych gorących krajach. Związek między tymi dwiema odmianami od dawna był jednak niepewny, a także nie było jasne, jak inne główne podtypy, w tym herbata Khmer, są z nimi powiązane.

Praca prowadzona przez Lian-Ming Gao, genetyka ewolucji roślin w Instytucie Botaniki Chińskiej Akademii Nauk w Kunming, sugeruje, że istnieją trzy odrębne linie genetyczne roślin herbacianych. Prowokacyjnie zespół Gao proponuje, by odkrycie to wskazywało, że herbata została udomowiona przy trzech różnych okazjach. Pierwszy rodzaj to herbata chińska, która, jak twierdzą autorzy, pochodzi prawdopodobnie z południowych Chin. Odnajdują oni jednak dwa różne rodzaje herbaty Assam: chińską z południowo-zachodniej prowincji Yunnan i indyjską z regionu Assam. Ich analizy pokazują również, że herbata khmerska nie jest odrębną linią w swoim własnym prawie, ale raczej hybrydą odmian Assamica i Sinensis.

Początkowe ustalenia opierały się na fragmentach genomowych z 300 próbek herbaty z Chin i 92 z Indii. Dwa kolejne badania przeprowadzone przez zespół Gao, z wykorzystaniem chloroplastowego DNA i bardziej wyrafinowanych technik sekwencjonowania, potwierdziły te podziały. Od dawna sugerowano, że herbata chińska i Assam mogą mieć różne pochodzenie, ale pomysł, że herbata Assam składa się z dwóch odrębnych linii, które zostały udomowione oddzielnie, jest bardziej kontrowersyjny.

Zespół Gao wykorzystał swoje dane genetyczne do oszacowania, kiedy te trzy linie się rozeszły. Biorąc genetyczne różnice między szczepami, a następnie szacując tempo, w jakim zmiany genetyczne gromadzą się w takich roślin, naukowcy mogą obliczyć, kiedy linie prawdopodobnie ostatnio dzieliły wspólnego przodka. Takie obliczenia sugerują, że odmiany sinensis i assamica rozdzieliły się 22 000 lat temu – na długo przed sugerowaną datą udomowienia herbaty i zgodnie z dwiema dzikimi populacjami, które zostały udomowione niezależnie.

Data rozdzielenia się chińskich i indyjskich linii assamica jest znacznie bardziej aktualna i wynosi 2770 lat temu – po pierwszym udomowieniu herbaty. Można zatem dyskutować, czy te linie zostały udomowione niezależnie od siebie. Możliwe, że odmiana assamica została udomowiona tylko raz i została przetransportowana przez ludzi z jednego regionu do drugiego, co umożliwiło jej oddzielną ewolucję w obu miejscach. „Wykazano istnienie trzech różnych puli genowych” – mówi Wendel – „ale to daleka droga od trzech różnych udomowień.”

Xiao-Chun Wan, biochemik w Państwowym Kluczowym Laboratorium Biologii i Wykorzystania Roślin Herbacianych na Uniwersytecie Rolniczym Anhui w Chinach, jest również sceptyczny wobec tego wniosku. W 2016 r. grupa Wana opublikowała badanie2 relacji ewolucyjnych herbaty, również z wykorzystaniem fragmentów genomowych, które wykazało wyraźny rozdział między udomowionymi gatunkami C. sinensis i dzikimi gatunkami herbaty, a także wykazało, że odmiana sinensis tworzy klaster genetyczny oprócz odmiany assamica, chociaż nie porównał indyjskich i chińskich form assamica.

W tym samym badaniu grupa Wana próbowała również zidentyfikować ślady genetyczne, które ujawniłyby proces selekcji, jaki przeszła udomowiona herbata. Znaleźli wstępne dowody selekcji dla kilku enzymów zaangażowanych w wytwarzanie wtórnych metabolitów, w tym kofeiny. Ich praca pokazuje rodzaj analizy, która powinna stać się jeszcze potężniejsza teraz, gdy dostępny jest kompletny genom, mówi Wendel.

Genom C. sinensis var. assamica3 został opublikowany w 2017 roku, a grupa Wana opublikowała szkic sekwencji4 genomu C. sinensis var sinensis w 2018 roku. Dane te zapewniły wgląd w ewolucję biosyntezy kofeiny w herbacie. Wan twierdzi, że genom, którego złożenie zajęło jego grupie dekadę, „zapewnia solidne podstawy do badania udomowienia roślin herbacianych”, umożliwiając przeprowadzenie bardziej szczegółowych badań różnic między szczepami. Na początek porównanie tych pełnych genomów wskazało, że odmiany assamica i sinensis wyodrębniły się znacznie wcześniej, niż sugerował zespół Gao, przy czym pierwsze szacunki mówią o 380 000-1 500 000 lat temu4.

Sugestia, że odmiany sinensis i assamica zostały udomowione niezależnie, zwraca uwagę na wydarzenia z XIX wieku, kiedy to Wielka Brytania po raz pierwszy próbowała uprawiać herbatę w Indiach. W latach czterdziestych XIX wieku Robert Fortune, botanik ze Szkocji, ukradł z Chin krzewy herbaciane, by założyć plantacje w Indiach – i zabrał ze sobą chińskich herbaciarzy. Kradzież dokonana przez Fortune’a jest zgodna z poglądem, że C. sinensis została udomowiona tylko raz – w Chinach.

W czasie kradzieży Wielka Brytania uprawiała już trochę herbaty w Indiach – ale była to odmiana assamica. W 1823 roku Robert Bruce, również pochodzący ze Szkocji, podróżował wzdłuż doliny Assam. Dowiedział się tam o dziko rosnącej herbacie, która była zbierana i spożywana – czasem jako warzywo, a czasem jako sfermentowany napój – przez rdzennych mieszkańców Singpho. Ponieważ roślina ta miała większe liście niż znana mu herbata chińska, Bruce nie był pewien, czy jest to prawdziwa herbata. Po jego śmierci jego brat, Charles Bruce, zaczął uprawiać herbatę Assam w Indiach – ponad dekadę przed wyczynami Fortune’a.

Ludzie Singpho mogli więc być odpowiedzialni za drugie, niezależne udomowienie herbaty, choć pozostaje możliwość, że migrujące plemiona, takie jak ludzie Shan z południowo-wschodniej Azji, przyniosły tę herbatę do Assamu skądinąd. Może się też zdarzyć, że herbata Assam została udomowiona niezależnie w Chinach. Ale Yunnan, główna prowincja Chin, w której uprawia się tę herbatę, leży w odległości mniejszej niż 1000 kilometrów od Assam. Wymiana rolnicza wydaje się więc możliwa.

Analizy genetyczne wyjaśnią związki między odmianami Assamica. Jednak takie metody są najlepiej stosowane w tandemie z historycznych i archeologicznych dowodów.

Nowe napary

Innym problemem przy definiowaniu udomowienia jest to, że odmiany herbaty są wciąż udoskonalane. Eric Scott, doktorant na Tufts University, który pracuje z Orianami nad mechanizmami obronnymi roślin, spędził czerwiec i lipiec 2017 roku w Shanfu Tea Company w Shaxian w Chinach, badając, w jaki sposób plantatorzy herbaty używają różnych odmian, aby stworzyć najlepszą wersję nowo popularnego rodzaju herbaty.

Herbaciany zielony konik polny (Empoasca onukii) jest owadem, który zjada rośliny herbaciane, a konwencjonalną reakcją na atak było wyrzucenie dotkniętych liści. Jednak w latach 30. ubiegłego wieku rolnicy z Tajwanu odkryli, że z ocalałych liści można uzyskać doskonałą herbatę. W odpowiedzi na atak koników polnych, rośliny herbaciane wytwarzają chemiczny sygnał alarmowy, który przyciąga pająki skaczące, naturalnego drapieżnika koników polnych. „Tak się składa, że te sygnały alarmowe są pyszne”, mówi Scott. „Mają naprawdę przyjemny miodowy, owocowy aromat, który trafia do przetworzonej herbaty i naprawdę podnosi jej jakość”. Ta herbata Eastern Beauty jest obecnie modna, więc rolnicy badają, które odmiany są najbardziej korzystnie przekształcone przez ich mechanizm obronny przed tym owadem.

Scott podkreśla, że jest to tylko jeden przykład rolników badających nowe odmiany w celu uzyskania lepszej herbaty, wraz z bogatymi w teaninę, ubogimi w katechiny mutantami albinosów i odmianami o purpurowych liściach. Zhang zgadza się, mówiąc, że produkcja herbaty w Indiach koncentruje się na „dużych plantacjach, uprzemysłowionym przetwórstwie i bardziej centralnej kontroli jakości”, podczas gdy w Azji Wschodniej herbata uprawiana jest głównie w małych gospodarstwach i przy większej dywersyfikacji. „Herbata jest w ciągłym ruchu”, mówi.

Bo ponieważ selektywna siła ludzi nigdy nie pozostaje w miejscu, genetyka zawsze będzie się zmieniać, mówi Orians. „Udomowienie nigdy się nie kończy”

.