Creșterea ceaiului

În jurul anului 500, potrivit legendei, călugărul budist Bodhidharma a petrecut nouă ani cu fața la peretele unei peșteri, meditând în tăcere, dar rămânând totuși treaz și concentrat. În cele din urmă, însă, a ațipit, iar când s-a trezit a fost atât de supărat pe el însuși încât și-a smuls pleoapele și le-a aruncat la pământ cu dezgust. Din această carne aruncată a crescut o plantă din care discipolii lui Bodhidharma puteau face o băutură care le stimula mintea și le calma nervii. A fost prima plantă de ceai, iar băutura era perfectă pentru călugării care meditau.

Genomul recent secvențiat al plantei spune însă o poveste diferită, ceea ce înseamnă că oamenii de știință vor trebui să construiască o relatare mai plauzibilă a transformării ceaiului de la o plantă care creștea sălbatic în China la o cultură care stă la baza celei de-a doua cele mai populare băuturi din lume, după apă. În fiecare zi, populația lumii consumă mai mult de 2 miliarde de cești de ceai. Ceaiul este cultivat în scop comercial în peste 60 de țări și produce o recoltă anuală de peste 5 milioane de tone de frunze, care sunt culese sau tăiate de la cea mai proaspătă creștere a plantelor.

Călătoria plantei de ceai este reflectată în numele său, Camellia sinensis. Camellia indică faptul că ceaiul este o plantă lemnoasă, strâns înrudită cu arbuștii ornamentali care și-au câștigat un loc în nenumărate grădini datorită florilor lor, iar sinensis semnifică originile sale chinezești.

Dispariția producției și consumului de ceai din China în restul lumii este bine documentată. Ceaiul a fost dus în Japonia de un alt preot budist în jurul anului 1200. Olandezii au adus ceaiul în Europa în 1610, iar englezii au dezvoltat gustul pentru el aproximativ 50 de ani mai târziu. Până la jumătatea secolului al XIX-lea, China a aprovizionat Occidentul cu ceai, dar după decenii de tensiuni, care au dus la Războaiele Opiului, Marea Britanie a încercat să cultive ceai pentru sine în India. De acolo, cultivarea ceaiului s-a răspândit în Imperiul Britanic și dincolo de acesta.

Dar este mai greu de determinat când, unde și de ce a fost domesticit pentru prima dată ceaiul, deoarece acest lucru s-a întâmplat înainte de a se începe să se păstreze înregistrări scrise fiabile. Se crede că a fost folosit pentru prima dată în China ca plantă medicinală, probabil favorizat pentru proprietățile sale ușor stimulatoare, înainte de a deveni o băutură venerată pentru aromele sale delicate. Estimările actuale plasează această primă utilizare în urmă cu 3.500-4.000 de ani. Însă, „prima mențiune neechivocă a ceaiului într-un text provine dintr-un contract de muncă de acum aproximativ 2.000 de ani”, spune Lawrence Zhang, istoric la Universitatea de Știință și Tehnologie din Hong Kong. „Unul dintre lucrurile pe care servitorul trebuia să le facă era să meargă la piață și să cumpere această plantă pentru stăpânul său.”

Cele mai vechi dovezi arheologice ale consumului de ceai se încadrează într-un interval de timp similar. În 2016, componentele moleculare distinctive ale ceaiului au fost descoperite în materia vegetală colectată în nord-estul Chinei și în Tibet, iar apoi au fost datate cu carbon până la o vechime de aproximativ 2.100 de ani1. Dar pentru a merge și mai departe, până la cea mai veche istorie domestică a ceaiului, biologii caută indicii în ADN-ul plantelor de ceai de astăzi.

Celectarea trăsăturilor

Este prea simplist să ne imaginăm că există un moment în care o plantă sălbatică se transformă într-un produs agricol. „De obicei, există o domesticire inițială urmată de o perioadă lungă de ameliorare”, spune Jonathan Wendel, genomician evoluționist în domeniul plantelor la Iowa State University din Ames. „Iar această îmbunătățire continuă încă la multe dintre plantele și animalele noastre.”

Pentru fiecare plantă cultivată în prezent de oameni, această domesticire inițială a implicat faptul că oamenii s-au interesat de plantele sălbatice – la început culegând fructe sau frunze, de exemplu – și apoi au început să le cultive pentru uz propriu. În mod conștient sau nu, cultivatorii care înmulțesc în mod preferențial plantele care oferă cel mai bine calitățile pe care le doresc expun acea specie la selecție artificială.

În timp, acest lucru duce, de obicei, la schimbări mari ale speciei. De exemplu, teosinte, strămoșul sălbatic al porumbului (porumbului), este o iarbă sălbatică foarte ramificată care produce multe știuleți minusculi de porumb – izbitor de diferit de tulpinile robuste și unice ale porumbului cultivat care produc doar câteva știuleți mari. Prin contrast, totuși, nucile braziliene cultivate sunt aproape imposibil de distins de strămoșii lor sălbatici.

Originile ceaiului sunt umbrite de faptul că plantele sălbatice de C. sinensis nu au fost niciodată identificate fără echivoc. Verii apropiați ai C. sinensis cresc astăzi în stare sălbatică în China și în țările învecinate, dar aceștia aparțin în mod clar unor specii diferite. Iar acolo unde a fost găsită C. sinensis care crește în stare sălbatică, majoritatea oamenilor de știință cred că aceste plante sunt plante sălbatice care descind din culturi.

Această situație nu este deosebit de neobișnuită. „A devenit un truism faptul că formele sălbatice ale majorității culturilor noastre domestice nu există – nu pot fi găsite”, spune Wendel. Există mai multe motive pentru acest lucru, explică el. De exemplu, este posibil ca planta să fi fost rară și să fi dispărut. Dar, indiferent de motivul pentru care a fost așa, aceasta înseamnă că cercetătorii nu știu de unde a pornit domesticirea ceaiului. Aceștia nu au văzut planta care a fost exploatată pentru prima dată de oameni, așa că nu știu care dintre trăsăturile plantei moderne au fost introduse de oameni. Mai degrabă, ei trebuie să încerce să deducă aceste informații din indicii din ADN-ul plantei și din biologia acesteia.

Crearea ceaiului a selectat probabil trăsături precum un randament mai mare, probabil prin alegerea unor plante cu uniformitate sezonieră în creștere și rezistență la frig și boli. Dar, aproape sigur, ar fi existat, de asemenea, o selecție pentru producția de compuși care fac din consumul de ceai o experiență plăcută. „Calitatea ceaiului se datorează în principal metaboliților săi secundari”, spune Colin Orians, ecologist la Universitatea Tufts din Medford, Massachusetts. Dar aceste substanțe chimice „nu sunt acolo pentru a face ca ceaiul să aibă un gust bun pentru oameni”, spune el. În schimb, ele sunt produse ale căilor biochimice care ajută planta de ceai să supraviețuiască.

Nu putem fi siguri de ce a evoluat fiecare dintre componentele ceaiului, spune Orians, dar unele principii generale oferă indicii. Cofeina care conferă ceaiului efectele sale stimulatoare este o neurotoxină pentru insecte și alte nevertebrate și ar putea avea beneficii antimicrobiene. Catechinele – compuși care contribuie la amărăciunea ceaiului și care sunt creditate ca fiind mediatorii potențialelor beneficii pentru sănătate ale consumului de ceai – sunt flavonoide, care sunt o serie de molecule antioxidante care ajută plantele să facă față stresului oxidativ. De asemenea, unele oferă plantei protecție împotriva erbivorelor sau o protejează împotriva radiațiilor ultraviolete. Iar teanina – substanța chimică legată de potențialele efecte calmante ale ceaiului – este un aminoacid care probabil contribuie la biochimia azotului și la sinteza materialului vegetal.

O oarecare combinație a acestor compuși i-a atras pentru prima dată pe oameni către plantele de ceai sălbatic, dar, de atunci, abundența lor relativă a fost probabil schimbată prin selecție artificială. „Nu am nicio îndoială că a început să ne placă ceaiul din cauza cofeinei”, spune Orians, „dar ne place ca stimulentele noastre să aibă și un gust bun”. Primele texte despre ceai, care datează din secolul al VIII-lea, arată că acesta era adesea preparat cu arome suplimentare, cum ar fi ceapa, ghimbirul, sarea sau portocala, sugerând că ceaiul singur era neplăcut la gust. Gustul a fost îmbunătățit prin inovații în ceea ce privește prelucrarea frunzelor – aceste metode au permis producerea de ceaiuri verzi, albe, negre și oolong din aceeași plantă – dar este posibil ca ceaiul să fi fost, de asemenea, cultivat pentru un gust mai bun. În mod cert, chiar și astăzi se experimentează mult în cultivarea de soiuri de ceai – varietăți create prin reproducere selectivă – cu noi profiluri de aromă. Dar nu este clar când aroma a început să conducă selecția.

A, C, G și ceaiul

În ultimele două decenii, analizele genetice au transformat înțelegerea originilor multor culturi, inclusiv a porumbului, măslinelor și orezului. Acum, ceaiul li se alătură.

Pe măsură ce plantele sunt domesticite, ele devin tot mai distincte din punct de vedere genetic de strămoșii lor sălbatici. Ele acumulează mutații care stau la baza trăsăturilor pentru care cultivatorii le selectează, iar variantele găsite pe regiunile de cromozomi apropiate de aceste mutații se pot răspândi alături de ele. Pe măsură ce trece timpul, se acumulează, de asemenea, diferențe genetice aleatorii. Prin urmare, speciile se schimbă din punct de vedere genetic, iar fiecare tulpină de plante care este ținută separat de alte tulpini de către cultivatori își va dezvolta, de asemenea, propriul profil genetic. Fără un strămoș sălbatic pe care să-l caracterizeze, aceste schimbări nu pot fi observate în mod direct, dar catalogarea genotipurilor tulpinilor actuale le permite geneticienilor să deducă o parte din această istorie.

Analiza diferențelor genetice dintre tulpinile cultivate dezvăluie în modul cel mai fiabil cât de apropiate sunt tulpinile. Cu cât mai înrudite se dovedesc a fi două tulpini, cu atât mai recent au avut un strămoș comun. Prin urmare, geneticienii pot analiza soiurile cultivate în prezent pentru a trasa arbori genealogici care să descrie relațiile dintre ele. Derivarea unor astfel de istorii evolutive pentru plantele cultivate este complicată de încrucișările dintre soiuri, dar hibrizii care rezultă au de obicei genotipuri care sunt în mod clar un amestec de două seturi distincte de gene parentale.

Geneticienii pot, de asemenea, să deducă ce regiuni ale genomului au fost selectate de cultivatorii de ceai. Atunci când o trăsătură genetică favorabilă se răspândește rapid într-o populație – din cauza fermierilor care aleg să reproducă numai plantele de ceai care o au – o întreagă regiune cromozomială face autostopul. Acest lucru înseamnă că alte versiuni ale regiunii genomice sunt alungate și că porțiunea de genom nu va varia prea mult între tulpini și plante individuale – un semn sigur pentru geneticieni că regiunea conține una sau mai multe gene legate de o trăsătură valoroasă.

Cercetătorii folosesc genetica pentru a încerca să determine relațiile dintre tulpinile de ceai de 20 de ani și au aplicat instrumente genetice din ce în ce mai sofisticate. În prezent, există aproximativ 1.500 de cultivare, care au fost grupate în mod convențional în anumite moduri. Cea mai evidentă divizare este cea dintre ceaiul chinezesc (C. sinensis var. sinensis) și ceaiul Assam (C. sinensis var. assamica), care este numit după regiunea Assam din India, unde a fost cultivat pentru prima dată. Ceaiul chinezesc are frunze mai mici decât ceaiul Assam și este mai tolerant la climatele mai reci. Ceaiul Assam reprezintă doar o mică parte din ceaiul cultivat în China, dar este cultivat pe scară largă în India și în alte țări calde. Cu toate acestea, relația dintre aceste două soiuri a fost mult timp incertă și a fost, de asemenea, neclar modul în care alte subtipuri majore, inclusiv ceaiul Khmer, sunt legate de ele.

Lucrările conduse de Lian-Ming Gao, genetician evoluționist de plante la Institutul de Botanică Kunming al Academiei Chineze de Științe, sugerează că există trei linii genetice distincte de plante de ceai. Și, în mod provocator, echipa lui Gao propune că această descoperire indică faptul că ceaiul a fost domesticit în trei ocazii distincte. Prima specie este ceaiul chinezesc, despre care autorii spun că provine probabil din sudul Chinei. Dar ei descoperă două tipuri distincte de ceai Assam: un ceai chinezesc din provincia sud-vestică Yunnan și unul indian din regiunea Assam. Analizele lor arată, de asemenea, că ceaiul Khmer nu este un neam separat de sine stătător, ci mai degrabă un hibrid al soiurilor Assamica și Sinensis.

Celebrul inițial s-a bazat pe fragmente genomice din 300 de mostre de ceai din China și 92 din India. Alte două studii realizate de echipa lui Gao, folosind ADN de cloroplast și tehnici de secvențiere mai sofisticate, au susținut ulterior aceste grupări. De mult timp s-a sugerat că ceaiul chinezesc și ceaiul Assam ar putea avea origini distincte, dar ideea că ceaiul Assam este format din două linii distincte care au fost domesticite separat este mai controversată.

Echipa lui Gao a folosit apoi datele sale genetice pentru a estima momentul în care cele trei linii genetice au deviat. Luând în considerare diferențele genetice dintre tulpini și estimând apoi rata la care se acumulează schimbările genetice în astfel de plante, cercetătorii pot calcula când au avut probabil ultima dată liniile genetice un strămoș comun. Astfel de calcule au sugerat că varietățile sinensis și assamica au deviat în urmă cu 22.000 de ani – cu mult înainte de orice dată sugerată pentru domesticirea ceaiului și în concordanță cu faptul că două populații sălbatice au fost domesticite independent.

Data separării liniilor chineză și indiană assamica este mult mai recentă, acum 2.770 de ani – după ce ceaiul a fost domesticit pentru prima dată. Prin urmare, este deschis la dezbatere dacă aceste linii genetice au fost domesticite independent. Este posibil ca soiul assamica să fi fost domesticit o singură dată și să fi fost transportat de oameni dintr-o regiune în alta, ceea ce i-a permis să evolueze separat în cele două locații. „Au fost demonstrate trei fonduri genetice diferite”, spune Wendel, „dar asta este foarte departe de trei domesticiri diferite.”

Xiao-Chun Wan, biochimist la State Key Laboratory of Tea Plant Biology and Utilization de la Universitatea Agricolă Anhui din China, este, de asemenea, sceptic în legătură cu această concluzie. În 2016, grupul lui Wan a publicat un studiu2 al relațiilor evolutive ale ceaiului, folosind, de asemenea, fragmente genomice, care a demonstrat o separare clară între C. sinensis domesticit și speciile de ceai sălbatic și a arătat că varietatea sinensis formează un grup genetic separat de varietatea assamica, deși nu a comparat formele indiană și chineză de assamica.

În același studiu, grupul lui Wan a încercat, de asemenea, să identifice urmele genetice care ar putea dezvălui procesul de selecție la care a fost supus ceaiul domesticit. Ei au găsit dovezi preliminare de selecție pentru mai multe enzime implicate în generarea de metaboliți secundari, inclusiv cofeina. Munca lor arată tipurile de analiză care ar trebui să devină și mai puternice acum că este disponibil un genom complet, spune Wendel.

Genomul C. sinensis var. assamica3 a fost publicat în 2017, iar grupul lui Wan a publicat un proiect de secvență4 a genomului C. sinensis var sinensis în 2018. Aceste date au oferit informații despre evoluția biosintezei cafeinei în ceai. Wan spune că genomul, a cărui asamblare a durat un deceniu pentru grupul său, „oferă o bază solidă pentru investigarea domesticirii la plantele de ceai”, făcând posibilă efectuarea unor studii mai detaliate ale diferențelor dintre tulpini. Pentru început, compararea acestor genomuri complete a indicat faptul că soiurile assamica și sinensis au deviat mult mai devreme decât a sugerat echipa lui Gao, prima estimare fiind de 380.000-1.500.000 de ani în urmă4.

Sugestia că soiurile sinensis și assamica au fost domesticite independent atrage atenția asupra evenimentelor din secolul al XIX-lea, când Marea Britanie a încercat pentru prima dată să cultive ceaiul în India. Un progres crucial a avut loc atunci când, în anii 1840, Robert Fortune, un botanist din Scoția, a furat plante de ceai din China pentru a înființa plantații în India – și a adus cu el cultivatori chinezi de ceai. Furtul lui Fortune este în concordanță cu ideea că C. sinensis a fost domesticit o singură dată – în China.

În momentul furtului, Marea Britanie cultiva deja ceva ceai în India – dar era vorba de soiul assamica. În 1823, Robert Bruce, tot din Scoția, a călătorit de-a lungul Văii Assam. Acolo, el a aflat despre un ceai sălbatic care era recoltat și consumat – uneori ca o legumă, alteori ca băutură fermentată – de către populația indigenă Singpho. Deoarece planta avea frunze mai mari decât ceaiul chinezesc pe care îl cunoștea, Bruce nu era sigur că este vorba de un ceai autentic. După moartea sa, fratele său, Charles Bruce, a început să cultive ceaiul Assam în India – cu mai mult de un deceniu înainte de isprăvile lui Fortune.

Populația Singpho ar fi putut, prin urmare, să fie responsabilă pentru o a doua domesticire independentă a ceaiului, deși rămâne posibilitatea ca triburile migratoare, cum ar fi populația Shan din Asia de sud-est, să fi adus acest ceai în Assam din altă parte. De asemenea, s-ar putea ca ceaiul Assam să fi fost domesticit independent în China. Dar Yunnan, principala provincie din China în care se cultivă acest ceai, se află la mai puțin de 1.000 de kilometri de Assam. Prin urmare, schimbul agricol pare posibil.

Analizele genetice vor elucida relațiile dintre cultivarele de Assamica. Cu toate acestea, astfel de metode sunt cel mai bine implementate în tandem cu dovezi istorice și arheologice.

Bereze noi

O altă problemă atunci când se definește domesticirea este aceea că soiurile de ceai sunt încă în curs de rafinare. Eric Scott, un doctorand de la Universitatea Tufts care lucrează cu orienii la mecanismele de apărare ale plantelor, a petrecut lunile iunie și iulie 2017 la Shanfu Tea Company din Shaxian, China, studiind modul în care cultivatorii de ceai folosesc diferite soiuri pentru a face cea mai bună versiune a unui tip de ceai recent popular.

Scarismaticul frunzelor verzi de ceai (Empoasca onukii) este o insectă care mănâncă plantele de ceai, iar răspunsul convențional la un atac era de a arunca frunzele afectate. Dar, în anii 1930, fermierii din Taiwan au descoperit că frunzele supraviețuitoare produceau un ceai excelent. Atunci când sunt atacate de cicade, plantele de ceai răspund prin producerea unui semnal de alarmă chimic care atrage păianjenii săritori, un prădător natural al cicadelor. „Aceste semnale de alarmă se întâmplă să fie delicioase”, spune Scott. „Au o aromă foarte plăcută de miere, de fructe, care ajunge în ceaiul procesat și crește cu adevărat calitatea”. Acest ceai Eastern Beauty este la modă în acest moment, așa că fermierii explorează ce soiuri se transformă cel mai favorabil prin mecanismul lor de apărare împotriva acestei insecte.

Scott subliniază că acesta este doar un exemplu al fermierilor care explorează noi soiuri pentru a face un ceai mai bun, alături de mutanții albino bogați în teanină și săraci în catechine și soiurile cu frunze mov. Zhang este de acord, spunând că producția de ceai din India este axată pe „plantații mari, procesare industrializată și un control al calității mai centralizat”, în timp ce în Asia de Est, ceaiul este cultivat în principal în ferme mici și cu o mai mare diversificare. „Ceaiul este în continuă mișcare”, spune el.

Pentru că forța selectivă a oamenilor nu stă niciodată pe loc, genetica va fi mereu în schimbare, spune Orians. „Domesticirea nu se termină niciodată.”

.