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REVISTA DE BIOARQUEOLOGA ARCHAEOBIOS N 5 Vol. 1, Ao 2011DIRECTOR: Vctor F. Vsquez Snchez (ARQUEOBIOS) COMIT EDITORIAL: Teresa E. Rosales Tham (Universidad Nacional de Trujillo, Per) Gabriel Dorado Prez (Universidad de Crdoba, Espaa) Eduardo Corona Martnez (INAH, Cuernavaca, Morelos-Mxico) Csar Glvez Mora (Ministerio de Cultura, Trujillo-Per) Catherine Gaither (Metropolitan State Collage of Denver, USA) Isabel Rey Fraile (Museo Nacional de Ciencias Naturales, Madrid, Espaa) DISEO Y DIAGRAMACIN: Daniel S. Otiniano Quispe (Universidad Nacional de Trujillo, Per) INFORMACIN ADICIONAL: Revista de Ciencias Aplicadas Publicacin Anual Hecho el Depsito Legal en la Biblioteca Nacional del Per N 2007-07279 Centro de Investigaciones Arqueobiolgicas y Paleoecolgicas Andinas ARQUEOBIOS Apartado Postal 595, Trujillo, Per Telfono: +51-44-949585847 URL: http://www.arqueobios.org El contenido de los artculos es responsabilidad exclusiva de los autores CARTULA: Cadena de ADN formada a partir de semillas de Zea mays maz que participan como los ncleotidos y tambin inflorescencias de teosinte que forman los puentes de hidrgeno entre ambas cadenas.

CONTENIDO

INTRODUCCIN

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ARTCULOS DE INVESTIGACIN Estudio de la respuesta al cultivo de semillas y embriones de maz (Zea mays) antiguo de la poca Chim (1420 aos d.C.) Vctor F. Vsquez; Teresa Rosales; Gabriel Dorado

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ARTCULOS DE REVISIN Early Prehistoric Maize from the Casma Valley, Per Thomas Pozorski; Shelia Pozorski

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Ancient nucleic acids from maize - A review 21 Gabriel Dorado; Teresa Rosales; Fernando Luque; Francisco Javier S. Snchez-Caete; Isabel Rey; Inmaculada Jimnez; Arturo Morales; Manuel Glvez; Jess Siz; Adela Snchez; Vctor F. Vsquez; Pilar Hernndez Population health effects of maize-dependent agriculture: one size does 29 not fit all Catherine M. Gaither Evolucin natural y antropognica de Zea spp. en Mesoamrica Jess Axayacatl Cuevas Snchez Eventos ENOS (El Nio, la Oscilacin del Sur) y el cultivo de maz en el desierto del sector medio del valle de Chicama, Per Csar Glvez; Andrea Runcio 36

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LIBROS PUBLICADOS

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POLTICA EDITORIAL

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Revista ARCHAEOBIOS N 5, Vol. 1 Diciembre 2011 IOS N

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INTRODUCCINTerminamos el ao 2011 con la publicacin del nmero 5 de la revista ero ARCHAEOBIOS, que ahora se encuentra incluida en el catlogo d LATINDEX e aho logo de (Folio 20163) y en DOAJ (Directory Open Access Journals). Esto nos permite OAJ . ampliar la difusin de la r e revista en el mbito internacional, lo cua genera una cual mayor expectativa para l los investigadores extranjeros sobre la evolucin y bre difusin de nuestras inves investigaciones. En este nmero he ro hemos querido dedicar la mayor parte de contenido a rte del temas relacionados con el estudio de restos arqueolgicos d Zea mays cos de maz, uno de los cereale ms importantes del mundo, despus del trigo y el ereales spus arroz. Coincidentemente estos tres cereales, tienen una hist ente historia que est fuertemente relacionada c ada con el hombre y su historia. Otras carac caractersticas en comn es el amplio reper repertorio de parientes silvestres (que an s sobreviven) a partir de los cuales fuero domesticados y se siguen mejorando los cultivos fueron orando modernos. La domesticacin d estos cereales, ha tenido una serie de eventos cin de genticos (mutaciones) do es) donde el hombre con su continua observa servacin de estas plantas silvestres que le aportaban sustento alimenticio, fue s ue seleccionando caractersticas deseables que acumulaba con el transcurrir de muchas eables currir generaciones, hasta obten el producto que le permitiera cosech un planta obtener cosechar con caractersticas dese deseables, lo cual constituira el primer e mer evento de la domesticacin de estos ce tos cereales. Se han escrito m ito mltiples trabajos sobre la domesticaci ticacin de estos cereales, y en el caso del maz, la produccin de trabajos sobre s proceso de o bre su domesticacin, es abund abundante y rica en informacin. Todas las evidencias, as especialmente los aportes de la gentica molecular, indican que el maz fue portes n domesticado a partir del teocintle (Zea mays parviglumis) de la r r e regin central de Mxico. Tambin las eviden evidencias arqueolgicas ms tempranas de la presencia as del maz domstico se en encuentran en Mxico, siendo aquellas e llas evidencias de Guil Naquitz (Oaxaca, M ca, Mxico), las ms antiguas reportadas a la fecha, con as fechados directos media mediante AMS que indican 5420 60 (Be 0 (Beta-132511)1. Desde esta fecha la disp a dispersin que alcanz este cereal hacia otros medios acia geogrficos, tanto al nort como al sur, ha sido amplia y ha contribuido a l norte mejorar el conocimiento de la historia de este cultivo. nto Lamentablemente en nuestro medio no se han continu ente ntinuado estudios especializados sobre la pr e presencia del maz en sitios arqueolgico tempranos, lgicos y la informacin an no est completa para la historia del maz en los sitios n andinos, lo que implica qu pueden existir importantes evidencias que puedan ica que ncias, aportar nuevos conocimi ocimientos sobre este cultivo, especialmen en sitios ialmente precermicos y del format ormativo temprano, donde deben estar las ev evidencias ms tempranas de la presencia de este cereal en nuestro medio. sencia1

Blake M (200&): Dating the Initial Sp tial Spread of Zea mays. In: Histories of Maize. John Staller, Robe Tykot, Bruce Benz , Robert (Editores). Chapter 4, pp. 55-72, table 4-1

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El contenido de la revista en esta oportunidad tiene la co contribucin de seis artculos, uno de ellos relacionado con una investigacin realiz e realizada sobre la respuesta del cultivo in vitro de embriones y semillas de maz de la poca Chim. En este estudio se demuestra que no se puede mediante la tecnologa dio iante de cultivo de tejidos, des s, desarrollar una plntula, incluso despus de observar pus crecimiento celular a parti de los tejidos antiguos. Las pruebas d viabilidad y partir bas de movimientos citoplasmati smaticos, tipo cyclosis, indicaron que lo embriones e los antiguos, pudieron recup recuperar tejido nuevo, se pudo extraer AD de buena er ADN calidad, pero fue imposib que estos siguieran creciendo para obtener una posible nueva planta. Sin embargo este tr trabajo, tuvo como consecuencia demostr que todas mostrar, aquellas noticias anecdti ecdticas de germinacin de semillas arqueo rqueolgicas hasta obtener plantas, son an n ancdotas, sin valor cientfico y por tanto sin ninguna credibilidad. La aplicaci prctica de este trabajo, permiti al banco de licacin iti germoplasma de CIMMYT regenerar accesiones de maz con un antigedad MMYT, on una de 50 aos, utilizando tcn o tcnicas de cultivos de tejidos. valle Otro artculo est referido al maz de San Diego en el vall de Casma, donde las fechas radiocar diocarbnicas de los restos asociados, indican un rango de dican 1040 a 160 aos a.C. Lo ms sorprendente de este hallazgo, son las medidas o, de las mazorcas, las cuale tienen un rango entre 36 a 84 mm, es decir se trata cuales m, de mazorcas de maz muy pequeas, que puede implicar evidenc z idencias primitivas del fenotipo del maz de e z estas fechas en la costa norte del Per Tambin se Per. indica en este trabajo qu no hay vestigios de maz para el p ajo que perodo inicial (2100-100 aC) y perod tardo precermico (3000-2100 aC) lo que no erodo aC), necesariamente implica qu otros sitios no puedan tener evidencia de maz. lica que encias El siguiente artculo Ancient nucleic acids from maize - A re rtculo review, es una revisin de los estudios relacionados con mtodos de biologa m ga molecular, que han permitido el estudio d su ADN antiguo. Los estudios molec tudio de moleculares sobre evidencias antiguas de m maz, indican una uniformidad y falta de polimorfismo lta en este tipo de ADN, lo que podra deberse a un proceso de s N, seleccin que favorecera la homocigosi El proceso de domesticacin de este cereal y de cigosis. e varios cultivares, tiene com consecuencia que aquellas plantas d ne como ntas domesticadas han pasado por un cue n cuello de botella, que tuvo como conse consecuencia una reduccin de su diversida y por tanto una tendencia a tener pob rsidad r poblaciones ms homogneas, que al esta alejadas de los parientes silvestres, solo tendran l estar tres, oportunidades de cruzarse entre ellas, originando la homocigosis. Tambin los uzarse gosis. resultados obtenidos medi mediante su ADNa sugieren que el actual ace al acervo gentico del maz tiene millones de aos de antigedad, y que las actuale variedades nes ctuales domesticadas son el resul sultado de diversas poblaciones ancestrales silvestres. strales Otro artculo est referido desde la perspectiva de los estudios de e antropologa forense, as, Catherine Gaither, examina las implica , plicancias de salud de antiguas poblaciones a nes andinas relacionadas con la agricultura y consumo de ltura maz. Indica que los estu s estudios estn relacionados a tres problem roblemas de salud observados en poblacion laciones que dependen de maz, como la anemia por o deficiencia de hierro, la p , pelagra, y las enfermedades dentales. La evidencias Las seas de estas enferm enfermedades y las interpretaciones salu de estas salud

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poblaciones se presentan y discuten en el contexto del impacto bio entan cto biocultural de la aparicin de la agricultura Las conclusiones de este estudio ind cultura. io indican que las respuestas de salud de las poblaciones que dependen del m d maz no son uniformes y se sugiere la utilizacin de otras tcnicas para recupe re ecuperar y analizar los datos. El contenido de la revista presenta una contribucin muy i importante de un especialista en germo germoplasma de maz de Mxico. El artcu de Jess artculo Cuevas Snchez, nos p os proporciona datos actualizados relacion lacionados con la taxonoma de los ancestro silvestres del maz (teocintles). En es trabajo se cestros este hace un anlisis de la informacin cuantitativa derivada de un evaluacin una experimental relacionada con algunas formas de uso de los carip nada caripsides de Zea mays ssp. mexicana, que segn la informacin molecular, estara involucrada en la fase inicial del p proceso de seleccin bajo domestica esticacin, y que posteriormente condujo a la aparicin de la planta conocida por los mexicas a como Centli. Este investigador mexicano, analiza las evidencias aportadas gador encias recientemente por divers diversos investigadores, donde sealan a C Centroamrica como un importante cen centro de evolucin y diversificacin natu natural de varias poblaciones silvestres de teocintles, entre las que destacan las de Zea es tacan nicaraguensis, Zea diplo iploperennis y Zea mays ssp. parviglumis que fueron mis, utilizadas por diversas c sas culturas Mesoamericanas para la dome domesticacin del maz. El autor destaca el esfuerzo de seleccin que han r staca realizado los pobladores del rea Andin cuyos productos se observan en la g Andina, n gran cantidad de razas de maz existen xistentes en dicha zona, que son producto de la evolucin cto cultural e histrica de los p e pobladores de esta geografa. Finalmente tenemo el artculo de Csar Glvez y Andrea Runcio, que nemos ndrea describen como en un co contexto de cambios climticos generados por El Nio, rados la Oscilacin del Sur, y la disponibilidad de fuentes de aguas en las reas ur, guas quebradeas del Ascope, y en base a la informacin etnogrfica re cope, fica recopilada, las actividades de subsisten sistencia, indican el desarrollo de una agri agricultura y en especial del cultivo del m maz en esta rea desrtica, lo que imp e implica que este cereal puede adaptarse p arse para el cultivo en estas circunstancias a cias anmalas del clima regional como const constituye un evento ENOS. Desde que apareci el maz gracias a la presencia del hom areci el hombre, se han sucedido eventos tan im importantes en las civilizaciones meso mesoamericanas, centroamericanas y sud sudamericanas, tan especiales e impo importantes, que actualmente prodiga al m mundo de alimento y ltimamente de co combustible, lo que indica que la conjun onjuncin maz-hombre tal como surgi, inex , inexorablemente terminara cuando el homb se extinga y este cereal tambin, por hombre n, porque no habr forma que pueda propag ropagarse por s mismo. As es la historia d estas dos toria de especies.

El Director

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ARTCU RTCULOS DE INVESTIGACINEstudio de la respuesta al cultivo de semillas y embriones de maz (Zea uesta es mays) antiguo de la poca Chim (1420 aos d.C.) antigu Vctor F. Vsqu 1, Teresa E. Rosales 2, Gabriel Dorad 3 squez radoAutor para correspondencia, Centro de Investigaciones Arqueobiolgicas y P cia, Paleoecolgicas 2 Andinas ARQUEOBIOS, Apar partado Postal 595, Trujillo (Per); Laboratorio de Arqueobiologa, 3 Avda. Universitaria s/n, Univ niversidad Nacional de Trujillo, Trujillo (Per); Dep Bioqumica y ep. Biologa Molecular, Campu Rabanales C6-1-E17, Campus de Excelencia I pus ia Internacional Agroalimentario (ce (ceiA3), Universidad de Crdoba, 14071 Crdoba (S a (Spain)1

Resumen Se ha estudiado la respue respuesta al cultivo de semillas y embriones d maz de la nes de poca Chim de hace un 700 aos. Se ha observado crecimie ce unos ecimiento de tejido blanquecino en embriones de una mazorca recuperada de excava riones excavaciones en el sitio El Brujo (valle de C Chicama, Per). Se detectaron otros ind os indicios de vida celular, como movimiento citoplasmticos similares a ciclosis. Lo cultivos de ientos sis. Los estos embriones permitie rmitieron recuperar ADN de buena calidad el cual fue alidad, amplificado mediante RAP Ello ha permitido estudiar la biodivers APD. diversidad de este material antiguo y comp compararla con entradas de germoplasma de maz del sma CIMMYT, almacenadas du das durante ms de 50 aos. Sin embargo, n fue posible rgo, no inducir la germinacin de las semillas antiguas ni la regeneracin de plantas a n racin partir de los embriones en las condiciones de cultivo emplea ones mpleadas en este trabajo. Sin embargo, dad que las pruebas realizadas indican que las semillas , dado an antiguas contienen tejido vivo, podra ser posible obtener planta de maz a plantas partir de las mismas, si se usaran medios de cultivo apropiados, d , dos, desconocidos hasta el momento.Palabras clave: arqueologa, viabilidad, diacetato de fluorescena, recupe loga, ecuperacin, rescate recursos fitogenticos, DNA.

Abstract The culture response of m e maize seeds and embryos of the Chimu ep imu epoch of about 700 years has been stu n studied., White tissue growth has been observed on embryos from a cob recov recovered from excavations at the El Brujo s (Chicama rujo site valley, Peru). Other cellu r cellular life evidences were detected, like cytoplasmic movements similar to cy cyclosis. The cultures of these embryo allowed to bryos recover good-quality DNA which was amplified by RAPD. This ha allowed to DNA, his has study the biodiversity of such ancient material and to compare it to maize ity mpare germplasm accessions at the CIMMYT that had been stored for m ns d more than 50 years. Yet, it has not been possible to induce the ancient seed ge t ed germination nor the plant regeneration fro the embryos with the culture conditi on from onditions tested in this work. Yet, since the te tests carried out indicate that the ancient s cient seeds contain live tissue, it could be pos e possible to obtain maize plants from them, i appropriate, em, if albeit so far unknown, cult n, culture media were used.Keywords: archaeology, viab viability, fluorescein diacetate, recovery, rescue, phytogenetic rescue resources.

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Se han llevado a cabo diversos estudios sobre la ger do germinacin de semillas antiguas (Turner, 1933; Walters et al, 2005; Boerner, 20 urner, er, 2006; Rajjou y Debeaujon, 2008; Sallon et al, 2008; Li y Pritchard, 2009; Prober et al, 2009; allon robert Merritt y Dixon, 2011). En general, se reco e recomiendan ambientes secos y fros (18 a 20 C) para 18 preservar la capacidad ge ad germinativa de las semillas (Benson et al, 1998; Rao et al al, 2006). La capacidad germinativa de semillas antiguas ha si idad sido analizada usando distintas estrateg strategias experimentales, dada la relevanc terica y levancia practica de este proceso Estos experimentos han demostrado que la viabilidad ceso. do germinativa de las semilla antiguas de no est necesariamente co emillas nte correlacionada con un perfil de historial t torial tafonmico concreto (Odum, 1965). Dich disparidad ). Dicha puede deberse al hecho de que las semillas de diferentes esp echo s especies tienen distintos requerimientos de conservacin. tos Existen abundantes referencias bibliogrficas de viabilidad germinativa dantes bilidad de semillas antiguas conse conservadas hasta 2.000 aos; por ejemplo: plo: Cytisus biflorus, ahora llamado Cytisus ra s ratisbonensis), Tojo enano doble (Cyt arbusto de mariposas (C Cassia bicapsularis) y hormiguerilla (Cas assia multijuga, ahora llamada Senna m multijuga), con 84, 87 y 150 aos de antigedad, s respectivamente (Labouria 1983). bouriau, Bupleurum tenuissimum), de 144 aos (Go s (Godefroid et al, Hinojillo de conejo (Bup 2011). "acacia" (sic) de Constantinopla (Albizi julibrissin), lbizia rbol de la seda o "a conservadas en el Museo Britnico durante 200 aos (Hartman y K useo an Kester, 1981). species o Edqvist, 2010). Acacias de varias especi (Acacia spp.) de 151 aos (Leino y Ed .), Liparia (Liparia sp.) y acerico (Leucosper permum sp.) de Acacia (Acacia sp.), Lip ms de 200 aos (Daws et al, 2007). aws Loto sagrado o loto de la India (Nelumbo nucifera), tras estar enterradas 1.288 r ente aos en una turbera de M Manchuria (China) (Hartman y Kester, 198 Shenmiller r, 1981; et al, 1995). Esparcilla (Spergula arve arvensis) tras 1.700 aos (Odum, 1965). Maz (Zea mays) del ex-museo de paleopatologa del Hospital D de Mayo el ex pital Dos en Lima (Per) de unos 1.800 aos, procedentes de ofrendas de un fardo ndas funerario Paracas, obteni btenindose cuatro generaciones de plantas (s publicar). ntas (sin Dtil (Phoenix dactylifera de hace 2.000 aos (Sallon et al, 2008). fera) 2008) Alubia (Phaseolus vulga ulgaris), pallar o alubia del Per (Phaseol eolus lunatus) y pallar del gentil (Cana navalia ensiformis), que provienen de cementerios

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prehispnicos de Chanca algunos sitios arqueolgicos de la co ancay, costa norte del Per, e incluso de sem semillas almacenadas en museos de dich zona (sin e dicha publicar). No obstante, hay qu tener cuidado con este tipo de estudio ya que se que studios, prestan a generar resulta resultados errneos (falsos positivos), como ya denunci Turner en 1933. Un ejemp ms reciente es el de semillas de Lup ejemplo Lupinus arcticus, con una supuesta edad d 10.000 aos (Porsild et al, 1967). Sin embargo, dad de 67). S estudios posteriores han demostrado que correspondan a semill modernas semillas (Zazula et al, 2009). El presente trabajo representa un estudio controlado de la viabilidad de abajo germinacin de semillas a illas arqueolgicas de maz de la costa norte del Per. En esta Investigacin han participado especialistas en arq arqueobiologa, biotecnologa, biologa mo a molecular y qumica.

Materiales y Mtodos Excavacin arqueolgica ica Con la finalidad d obtener muestras de semillas de Zea mays de ad de contextos de la poca Ch ca Chim, se llevaron a cabo excavaciones en contextos iones domsticos en el complejo arqueolgico de El Brujo, realizando e mplejo ando excavaciones controladas y dirigidas a recuperar las semillas en las cond idas condiciones ms apropiadas para el estu l estudio. Una vez recuperadas las sem semillas, fueron embaladas en bolsas de aluminio forradas con papel y selladas de inmediato s ladas para su traslado al laborat boratorio. Se tomaron diversos datos del cont l contexto, como la temperatura y humedad del suelo mediante un termo-higrmetr digital con edad metro sonda movible EC Test - Soil Tester HI 98331 de Hanna Instruments Tester anna (Woonsocket, RI, EUA). Anlisis fsico-qumico de suelos arqueolgicos Se realizaron mues muestreos de los suelos que las contenan. Se realizaron nan. un total de 64 anlisis, incluyendo valores de pH, conductividad elctrica, y lisis, tividad concentracin de los iones de potasio, calcio, magnesio y fosfato. fato. Cultivos de embriones Los cultivos de em e embriones del maz Chim se realizaron en el Centro aron Internacional de Mejorami joramiento de Maz y Trigo (CIMMYT) con sede en Mxico. n sed Las semillas recuperadas en las excavaciones fueron puestas en cuarentena y radas as refrigeracin, antes de su procesamiento para el cultivo de los em embriones. Las semillas que an estaban en mazorcas se desgranaron. Las se staban as semillas fueron esterilizadas y el embrin fue escindido de la semilla. Se usaro medios de brin usaron cultivo especial para gram gramneas, realizndose pruebas de viabilida de semillas bilidad completas y de embriones aislados. Todo el proceso se realiz en condiciones riones liz de asepsia, control de te temperatura y humedad. Se tomaron foto n fotografas para registrar los progresos e el crecimiento celular. Las zonas de crecimiento sos en as

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fueron sometidas a prueba de viabilidad con carmn, fucsina cid y DiAcetato pruebas a cida de Fluorescena (DAF). Pa F). Paralelamente se realizaron pruebas con e embriones de semillas de maz almacen acenadas en el banco de germoplasma del C CIMMYT, con edades que fluctuaban e ban entre 10 a 30 aos. De este modo se observ su do crecimiento celular y se co compar con el cultivo de los embriones a nes arqueolgicos, determinando aquellas qu crecan normalmente y podan ser s las que sembradas en macetas para su evaluaci en campo. luacin Anlisis de ADN antiguo d producto del cultivo de embriones o del Estos estudios tam s tambin se realizaron en CIMMYT, empl empleando varios mtodos, tanto para el m maz arqueolgico, como para el moderno En el caso oderno. del ADN antiguo, ste se r te realiz a partir de los tejidos regenerados en el cultivo erados de embriones, utilizando muestras muy pequeas. Se llev a cabo la izando amplificacin de marcado rcadores moleculares de tipo ADN polimrfico amplificado rfico al azar (del ingls, Rand Random Amplified Polymorphic DNA; RAPD Se usaron RAPD). cuatro pares de cebad ebadores. El ADN amplificado se segreg mediante segreg electroforesis en gel d de agarosa MetaPhor al 3%. Para propsitos comparativos, se realizaro anlisis con ADN de maz moderno, y as tratar de lizaron rno, establecer algunos cambio ocurridos despus de 500 a 700 aos. ambios Resultados y Discusin sin Cultivo de Embriones Los cultivos de em e embriones empezaron a realizarse en ago n agosto de 1994, en los medios especia speciales enriquecidos con fitohormonas y nutrientes nas esenciales. En total se c l cultivaron 630 embriones, observndos resultados ndose prometedores de crecimie ecimiento celular en cinco embriones que pro ue provenan de la muestra 12 del complejo a lejo arqueolgico de El Brujo (Figura 1).

Figura 1. Mazorca de maz Chimu (muestra 12). Se aprecian las hileras rect de granos de az Ch s rectas color prpura, cuyos embriones experimentaron crecimiento celular. riones

Esta mazorca de maz, fue fechada en los laboratorios del Museo a atorios Nacional de Dinamarca, a rca, arrojando resultados de 1300 a 1420 aos despus de 0

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Cristo; es decir, Chim ta im tardo (590 70 14C ref. 1950, con 13 de 12,9 en relacin al estndar de belemnites del Pee Dee (del ingls Pee Dee r ingls, Belemnite; PDB). Ninguna de las s semillas que fueron puestas en medio de cultivo medios presentaron signos de g germinacin, pero varios embriones, e es, especialmente aquellos de la mues muestra 12, desarrollaron abultamientos pequeos, ientos blanquecinos y amarillento los cuales fueron sugerentes de un desarrollo de rillentos, e callos o tejidos desorganiz rganizados (Figuras 2 y 3).

Figura 2. Cultivo de embrion de maz Chim (muestra 12). A. Embrin de la muestra 12, briones rin con zonas abultadas de colo blanquecino correspondiente al crecimientos de tejido para color ientos formar callos. B. Abultamiento a iento amarillento de tejido nuevo crecido a partir del cu cultivo de embrin (clulas meristemticas).

mbriones produjo crecimiento de callos; es de decir, conjuntos El cultivo de embrio de clulas meristemticas y por tanto no diferenciadas (Figura 2B que fueron ticas, ra 2B), aislados y cultivados en m s medio especial de crecimientos de callo aunque no callos, se logr la generacin de plntulas. n La viabilidad de los tejid s tejidos regenerados se analiz mediante hidrlisis de iante diacetato de fluorescena, siendo observados bajo luz ultravioleta ( ena, oleta (UV; revisado de Priestley, 1986:129) Los resultados fueron intrigantes, porque la :129). antes, fluorescencia obtenida e ida era amarillo-verde de intensidad fuerte en muchas clulas (Figura 3), lo cua suele considerarse un indicio de fu cual funcionamiento enzimtico celular.

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Figura 3. Test de viabilidad. C ad. Clulas de tejido regenerado a partir de los cultivo de embriones cultivos del maz Chim (muestra 12), teidas con DAF e irradiadas con luz UV. Se observa el color . verde-amarillo, tpico de clulas vivas. lulas

Adicionalmente, se observ observaron flujos citoplsmicos en las clulas parecidos a lulas, ciclosis, si bien no tan rp an rpido o extenso como en clulas moderna por lo que dernas, podra tratarse de un movi moviendo browniano (Figura 4).

Figura 4. Posible movimien imiento citoplsmico. Clulas de tejido regenera enerado a partir de embriones de maz Chim (mu (muestra 12), con un posible movimiento citoplasm plasmtico parecido a la ciclosis.

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Estos resultados in dos indican que las clulas provenientes d los tejidos tes de formados a partir del cultiv de embriones del maz Chim no esta l cultivo o estaban muertas, presentando un lento incre o incremento celular en el medio de cultivo. D ivo. Dichos cultivos se mantuvieron durante casi nueve meses, conservando el mi ante mismo aspecto blanquecino-amarillento, p nto, pero sin aumentar en tamao, por lo qu el estudio r que experimental culmino en d o dicho momento. La revisin de dive e diversos casos donde hubo excepcionales eventos de onales germinacin de semillas antiguas sugiere un posible cuadr fisiolgico millas cuadro conocido como criptobiosi ste se presenta cuando las semillas se liberan de iosis. millas la planta con embriones muy pequeos e inmaduros. Este f riones ste fenmeno se caracteriza por una tasa muy pequea de consumo de ox a e oxgeno y una disminucin de la velocida de liberacin de CO2. Esta ralentizaci metablica locidad tizacin est ligada a una disminu sminucin de actividades de las enzimas de l gluclisis y s la ciclo de Krebs (Labouriau 1983). As, una de las probables expl ouriau, s explicaciones del lento crecimiento de los ca callos formados y su escasa actividad ca ad catablica sera la tambin escasa activida anablica, parndose entonces muchas reacciones ctividad mucha metablicas por la falta d los respectivos catalizadores especfi alta de pecficos. De este modo se ralentizara y bloq bloqueara el proceso global de crecimiento celular. iento las regeneradas a Los resultados de viabilidad obtenidos con las clulas re partir del cultivo de los em embriones del maz Chim son interesant porque un esantes embrin muerto cambia d color, luego se vuelve suave, de color caf, y en el bia de lapso de dos a 10 das s son invadidos por hongos (Hartman y K n Kester, 1981), situacin que no ocurri co los embriones de maz Chim, que se mantuvieron rri con ue intactos hasta durante n nte nueve meses, pero en condiciones co es controladas de asepsia. Anlisis de suelos arqueo eolgicos En la actualidad, los suelos que albergaron estas mue idad, muestras tenan valores de pH superiores a 8, a excepcin de la muestra de suelo 3 (pH 7,8) y iores la muestra de suelo 6 ( lo (pH 7,7) (Tabla 1). Estos altos valore indican la valores presencia de carbonatos producto de la lixiviacin de las conchas de onatos, moluscos, con las que se encontraban asociadas algunas muestra de semillas e uestras de Zea mays de la poc Chim. La alcalinidad del suelo pued deberse a poca puede distintos factores. La mue muestra de maz 12 (muestras de suelo 7 y 8 en la Tabla o 1), present altos valores de pH (8,2 y 8,1, respectivamente), lo qu indica que lores ), que el pH actual no est signif significativamente correlacionado con la viab a viabilidad, siendo por tanto un parmetro no significativo para este tipo de estudios. tro dios. Por su parte, la C Conductividad Elctrica (CE) est relacio relacionada con el gradiente de potencial de reduccin-oxidacin (redox), que puede tener cial importantes consecuencia fsicas, qumicas, bioqumicas y bio uencias biolgicas. Los bajos valores actuales en las muestras de suelo 3, 4, 7 y 8 (as les (asociadas a la muestra de semilla 12), s sugieren una relativa estabilidad de est e estos suelos en relacin a posibles camb cambios fsicos y qumicos. Ello implica que parmetros a como la temperatura y la h humedad son uniformes en la actualidad lo que debe alidad, favorecer su conservacin acin.

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Tabla 1. Resultados de los anlisis de suelos arqueolgicos de la poca Chim. os CE (mm /cm)1,324 1,106 0,317 0,328 1,115 1,090 0,415 0,482 Humus (%) 2,52 2,41 2,16 2,04 10,35 10,05 2,04 1,88 P (ppm) 292 385 163 140 460 466 140 152 Ca (%)+2

Muestra1 2 3* 4* 5 6 7* 8*

pH8,1 8,1 7,8 8,0 8,3 7,7 8,2 8,1

Mg (%)

+2

K (%)0,53 0,718 0,215 0,140 0,990 0,975 0,370 0,33

+

Na (%)

+

0,27 0,27 0,66 0,45 0,98 0,70 1,37 1,79

0,22 0,37 0,12 0,13 0,24 0,34 0,23 0,40

0,750 0,845 0,550 0,465 3,6 4,4 0,855 0,840

* Muestras de suelos asoci asociadas a la mazorca Chim denominada muestra 1 (ver texto estra 12 anterior). CE: Cond Conductividad Elctrica. : ohmio. ppm: partes por milln. m

Por otro lado, se o , observaron altos porcentajes de calcio (Ca2+) en las alcio muestras de suelo 7 y 8, que albergaron la muestra de maz 12 previamente z descrita. Esto sugiere que la matriz del suelo que albergo dicha ma e ha mazorca habra sido sometida a temperat peraturas bajas estables y constantes. Ello p permitira que dicho catin se acumula umulara en este tipo de suelo, con un p posible efecto favorable sobre la conse conservacin de la semilla. De hecho, se han descrito tambin altos valores de c s calcio en los suelos de sitios daneses qu albergaban es que semillas de diversas e as especies que mostraron resultados positivos de dos germinacin (Odum, 1965 tabla II). 1965: Los dems parme armetros qumicos (Tabla 1) no muestran co an correlacin con los resultados del cultivo de embriones de maz Chim. Por lo tanto, la . determinacin del calcio (C +2) y la CE de los suelos que albergan las semillas lcio (Ca bergan antiguas podran ser par r parmetros a considerar en futuras invest investigaciones de viabilidad de semillas de maz arqueolgico. Debe tenerse en c s cuenta que el maz mantiene la viabilid viabilidad germinativa en condiciones de te temperatura y humedad relativa ptimas durante al menos 100 aos (CIMMYT, 1 timas YT, 1990). Anlisis de ADN antiguo Se aisl ADN de los embriones y abultamientos que creciero de ellos, a recieron partir de 22 muestras arqu s arqueolgicas y de 24 variedades moderna incluyendo dernas, cuatro variedades de la costa norte del Per, tres de la sierra (Apurimac y e Cuzco) y una de Panam. am. El marcador molec molecular de tipo RAPD usa cebadores ine es inespecficos o aleatorios de 10 bases qu pueden hibridar con muchas dianas e el genoma. es que nas en Suelen producir mltiples bandas tras la electroforesis en geles d agarosa y ltiples eles de pueden presentar el incon inconveniente de falta de reproducibilidad; sob todo si se d; sobre modifican las condicione experimentales. Por todo ello pued iciones pueden presentar problemas de interpretaci de las bandas generadas, que a vece pueden ser retacin veces o parecen iguale o equi equivalentes. En tal caso puede llevarse a cabo una varse electroforesis en gel de p l poliacrilamida, a fin de obtener una may resolucin mayor de las bandas generadas. Asimismo, presentan herencia co-domi radas. dominante, lo que los hace menos venta ventajosos para estudios de genotipaje, trazabilidad, ipaje, paternidad y mejora gen gentica. No obstante, tienen la ventaja de n requerir un no

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conocimiento previo de la secuencia del ADN a amplificar y son relativamente baratos y rpidos. Por ell se han usado y todava se usan para analizar los or ello n genomas de microorganis ganismos, plantas y animales. En el presente trab te trabajo se emplearon marcadores molecu oleculares de tipo RAPD para evaluar la cali calidad del ADN extrado de los abultamient del cultivo mientos de embriones del maz Ch az Chim, a fin de usar posteriormente otros marcadores, como las repeticiones de secuencia simple o microsatlites (del in s ingls, Simple Sequence Repeats; SSR y el polimorfismo de longitud de fra ; SSR) fragmentos de restriccin (del ingls, Re s, Restriction Fragment Length Polymorphism RFLP). phism;

Figura 5. Amplificacin de ADN moderno y antiguo mediante RAPD y separacin n electrofortica. Se muestran las bandas generadas tras electroforesis en gel de agarosa stran s MetaPhor. El cebador 228 no a 8 amplifico ninguna muestra arqueolgica (AS), pe el cebador 9 S), pero amplifico ADN de tres muestras antiguas (46, 47 y 48). estras

Se muestran los re resultados obtenidos con muestras mode modernas (carriles 36 a 42), y antiguas (car s (carriles 45 a 48) tras amplificacin median la tcnica ediante RAPD y segregacin en g de agarosa (Figura 5). El cebador 228 no amplifico gel or ADN de las muestras ant s antiguas. Sin embargo, el cebador 9 ampl amplific ADN de tres (46 a 48) de las cu cuatro muestras de embriones antiguos (del ingls, tiguos Ancient Sample AS). Dic Dichas bandas son nicas y muy probablem bablemente no son contaminantes. Tambin se observ una amplificacin inespe bin inespecfica en la muestra 44, mostrando AD degradado. do ADN Estos resultados p dos permitieron adems correlacionar que el color y la textura de los embriones a ones arqueolgicos pueden guiar para seleccio eleccionar aquellos embriones blanquecinos y amarillentos, que pueden proveer A inos y/o eer ADN de mejor calidad, que pueda ser am amplificado y separado electroforticamen en bandas amente especficas en geles de ag agarosa.

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Todo ello puede fa de facilitar el aislamiento de ADN de embrio mbriones antiguos para futuras evaluaciones comparativas entre genomas antiguos y modernos, iones iguos analizar las relaciones evolutivas y de domesticacin media nes mediante rboles filogenticos o dendrogr drogramas, e incluso llevar a cabo expe experimentos de transgnesis. Conclusiones La germinacin de semillas antiguas y el cultivo de e n embriones de semillas antiguas pueden ser difciles, e incluso imposible en algun casos. La eden algunos viabilidad germinativa d iva depende de la especie considerada el tiempo erada, transcurrido y el historial tafonmico del lugar de donde se obtuv torial obtuvieron dichas semillas. El presente traba no ha logrado la germinacin de sem trabajo e semillas de maz de la poca Chim, pero s ha logrado un cierto crecimiento celul a partir de celular los embriones de dichas s has semillas. No obstante, dicho crecimiento no prosigui, iento por lo que no ha sido po do posible regenerar plantas completas a pa partir de dichos embriones. studio inar El presente estudio ha servido tambin para determinar una serie de parmetros fsico-qumico del lugar (suelo) de donde se ob umicos obtuvieron las semillas que puedan serv de gua a fin de elegir muestras co una mayor n servir as con viabilidad germinativa pot a potencial. En este sentido, conviene resa resaltar que este tipo de investigacione ciones deben abordarse desde una perspectiva multidisciplinaria, para po ra poder articular todos los datos obtenidos y convertirlos idos en una informacin de va valor prctico para el avance de la cienc y tambin ciencia desde el punto de vista ec econmico. El cultivo de embrio mbriones de maz de la poca Chim, no slo ha permitido o conocer aspectos interesa teresantes de la viabilidad de las semillas y e las embriones de maz antiguo, sino que h permitido extraer ADN de suficiente c ha iente calidad como para ser amplificado media mediante marcadores moleculares de tipo RA po RAPD. Este tipo de material amplificable p ble permitir el estudio de los genomas antig antiguos del maz prehispnico, no slo mediante marcadores moleculares, s lo es, sino tambin mediante las nuevas t as tcnicas de secuenciacin de segund y tercera egunda generacin (Walters et al 2006; Dorado et al, 2008; Leino et al, 20 t al, , 2009). Finalmente, este es ste estudio ha permitido que el Banco de Germ e Germoplasma de Maz del CIMMYT haya podido regenerar numerosas entradas de maz que p adas llevaban almacenadas m de 50 aos y que haban perdido su v as ms viabilidad para germinar por mtodos co os convencionales, lo cual permiti rescata un valioso escatar germoplasma para el fut futuro de la agricultura de este cereal. Todos estos real. resultados ponen de ma e manifiesto la relevancia de las tcnicas de biologa nicas molecular en arqueologa (Dorado et al, 2007) y sus implicaciones en gentica loga ciones de poblaciones y evolucin (Leino y Hagenblad, 2010). olucinAgradecimientos. Esta investigacin fue posible gracias a la beca concedida por la Agencia invest cedida Danesa de Desarrollo Internac ternacional (DANIDA). Asimismo agradecemos el sop soporte logstico de los laboratorios de Biotecnolo cnologa Aplicada y Biologa Molecular del Centro I ntro Internacional de Mejoramiento de Maz y Trigo (CIMMYT) en Mxico. Se agradece especialme ialmente el apoyo de los cientficos Natasha Bohoro ohorova, David Hoisington, Larry Buttler y Robert Mc ert McKelvy Bird, que permiti obtener valiosos resu s resultados. Asimismo, se agradece la ayuda de R Regulo Franco y

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Csar Glvez (directores del p proyecto arqueolgico El Brujo en el Per), qu facilitaron las que labores de campo. Agradecem decemos al Ingeniero Qumico Jorge Rivero su part u participacin en los anlisis fsico-qumicos de los s e suelos arqueolgicos, brindando valiosos resultad sultados. Finalmente, mostramos tambin nuestro a stro agradecimiento a la Dra. Ing. Schjellerup (Mus useo Nacional de Dinamarca) y al Dr. Ramiro M iro Matos (Smithsonian Institute de Washington), qu ), quienes fueron los supervisores de esta investigac stigacin.

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ARTCULOS DE REVISIN ARTEarly Prehisto ehistoric Maize from the Casma Valley, Per , Per Thom Pozorski and Shelia Pozorski homasDepa epartment of Psychology and Anthropology University of Texas-Pan American

Abstract We report the discovery o 56 cobs of maize cut 6 oh the northe very of northeast corner of San Diego site, recovere in the 1980 field season. The radioc overed radiocarbon dates associated with maize re ize remains have a range of 1040 to 16 years BC. 160 Measurements of the leng of these cobs have ranges from 36 to 84 mm, and e length a median length of 56 mm The number of rows of kernels varies f 6 mm. aries from 14 to 22 rows, with median of 18 rows, and the kernels of these cobs ha ranges in f bs have length from 3,3 to 6,8 m mm, with an median length of 5,8 mm. Excavations carried out by our project found no traces of maize for the Initial P roject nitial Period (21001000 BC) and Late Precer receramic period (3000-2100 BC).Keys Word: maize, cobs, Early Horizon, San Diego

Resumen Se reporta el hallazgo d 56 mazorcas de maz del corte 6 d la esquina zgo de e de noreste del sitio San Dieg recuperadas en la temporada 1980. L fechados Diego, 980. Los radiocarbonicos de los res os restos asociados al maz tienen un rango d 1040 a 160 ngo de aos a.C. Las medicione de la longitud de estas mazorcas tien intervalos iciones s tienen entre 36 a 84 mm, y un p promedio de 56 mm. El nmero de hiler de granos hileras varia entre 14 a 22 hile 2 hileras, con un promedio de 18, los gran granos de estas mazorcas tienen rangos de longitud de 3,3 a 6,8 mm, con una longitud ngos promedio de 5,8 mm. La excavaciones de nuestro proyecto ind m. Las cto indican que no hay vestigios de maz pa el perodo inicial (2100-100 aC) y p z para ) perodo tardo precermico (3000-2100 a 100 aC).Palabras Clave: maz, mazorca Horizonte Temprano, San Diego zorcas,

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This is a brief report on t t the earliest maize that has been encoun ncountered during excavations conducted by the Proyecto Casma Temprano from 1 ted 1980 through 2011. Various stratigra atigraphic excavations and architectural cle ral clearings were conducted at several sites in the Casma Valley area that range in date from the l ge Middle Preceramic (6000 (6000-3000 B.C.) through the Early Horizo (1000-200 Horizon B.C.). These sites include the coastal sites of Huaynun, Tor inclu , Tortugas, Baha Seca, San Diego, Almejas and Las Haldas as well as the more in lmejas ore inland sites of Taukachi-Konkn, Sechn Alto, Pampa Rosario, Pampa de las Lla echn as Llamas-Moxeke and Huerequeque. The earliest maize is present in the E he Early Horizon components found at Tor Tortugas, Baha Seca, San Diego, Las Ha as Haldas, Sechn Alto, and Pampa Rosario. No maize remains dating to the Initial P sario. nitial Period (21001000 B.C.), Late Precera receramic Period (3000-2100 B.C.) or Middle Preceramic Period have been found by our project excavations. The radioc ound radiocarbon dates associated with the maize finds range from 1040 to 160 B.C. ( .C. (Pozorski and Pozorski 1987:10-11, 2005 , 2005:150).

Figure 1.

Cobs of Zea mays maz from cut 6, San Diego

Most of the maize remains found have been in the form of partial or whole maize cobs withou kernels preserved. Occasionally, othe plant parts without , other have been found including stalks, leaves, whole kernels and cobs with kernels luding still attached. The most re ost remarkable find of maize was a cache of 5 whole cobs e 51 with attached kernels adja ls adjacent to a stack of whole maize stalks in cut 6 in the alks northwest corner of the sit San Diego in 1980 (Figure 1; Pozorski and Pozorski site orski 1987: Figure 28; 63).

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Figure 2.

Cobs of Zea m a mays maize from of San Diego, with a length of 3 a 84 mm and th 36 mean of 56 mm mm.

Figura 3.

Cobs of Zea m a mays maize has the rows of kernels ranged in nu number from 14 to 22 rows with a median row count of 18. ith

It appears that this cache of maize lay near a quincha hous at the site, t house perhaps laid on the groun to dry in a manner similar to maize re ground ize remains drying near modern campesino houses in the Casma area. At some p ino ome point in time,

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these maize remains bec s became covered by a thin layer of sand th protected and that them from weathering up u g until the time of their discovery in 1980. Measurements of t ts these maize remains from San Diego revealed the iego following information. The length of the cobs ranges from 36 to 8 mm with a . 6 84 median length of 56 mm. The rows of kernels ranged in number f ber from 14 to 22 rows with a median row count of 18. These rows typically spira around the spiral length of the cob instead o being straight along the cob length (Fig tead of h (Figures 2-6).

Figure 4. Cob of Zea mays maize has 62 mm in length

Figure 5. Cob of Zea mays maize has 60,5 mm in length, kernels have a dee purple color deep

A total of 1005 loo kernels were also recovered. All of t 5 loose ll these kernels are much smaller than m han maize kernels observed from maize rem e remains at later sites in the Casma. All of the kernels observed, both on cobs as well as loose s kernels, have a deep purp color. Each of these kernels weighs a p purple ighs approximately 0,05 grams. Measuremen of these kernels shows that the k rements kernel length ranges from 3,3 to 6,8 mm with a median length of 5,8 mm; kernel width ranges ,8 ernel from 38 to 6,0 mm with a median width of 4,6 mm; and kernel thic ith hickness ranges from 3,0 to 5,1 mm with a median thickness of 3,8 mm. ith

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Figura 6. Cob of Zea ma maize has 72 mm in length, the rows typicall spiral around mays pically the length of the cob.

Reference Cited Pozorski S, Pozorski T. (1 i (1987): Early Settlement and Subsistence in the Casma ce Valley, Peru. Universit of Iowa Press, Iowa City. iversity Pozorski T, Pozorski S. (2005): Architecture and Chronology a the Site of ki logy at Sechn Alto, Casma Va ma Valley, Peru. Journal of Field Archaeology 30:143-161. gy

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Ancient n ient nucleic acids from maize - A review Gabriel Dorado 1, Teresa Esperanza Rosales 2, Fernando Luque 4, Francisco resa ue 4 5 Javier S. Snchez-Ca Caete , Isabel Rey , Inmaculada Jimnez 6, Arturo nez Morales 7, Manuel G el Glvez 8, Jess Siz 9, Adela Snchez 9, Vctor F. Vsquez 10, Pilar Hernndez 11Author for correspondence, Dep. Bioqumica y Biologa Molecular, Campus R e, us Rabanales C6-1E17, Universidad de Crdo rdoba, 14071 Crdoba (Spain), eMail: ; 2 Laboratorio de Arqueobiolog ologa, Avda. Universitaria s/n, Universidad Naci acional de Trujillo, 3 Trujillo (Peru); Laboratorio de Produccin y Sanidad Animal de Crdoba, Ctr Madrid-Cdiz Ctra. 4 km 395, 14071 Crdoba; EE.P Sagrada Familia de Baena, Avda. Padre Villo E.PP. lloslada 22, 14850 5 Baena (Crdoba); Coleccin de Tejidos y ADN, Museo Natural de Ciencias N in s Naturales, 28006 6 7 Madrid; IES Puertas del Cam Campo, Avda. San Juan de Dios 1, 51001 Ceuta; Dep. Biologa, ta; 8 Facultad de Ciencias, Univers ersidad Autnoma de Madrid, 28049 Cantoblanco (Madrid); Dep. co Radiologa y Medicina Fsica, U a, Unidad de Fsica Mdica, Facultad de Medicina, A a, Avda. Menndez 9 Pidal s/n, Universidad de C Crdoba, 14071 Crdoba; Dep. Farmacologa Toxicologa y ga, Medicina Legal y Forense, Fa Facultad de Medicina, Avda. Menndez Pidal, s/n Universidad de s/n, 10 Crdoba, 14071 Crdoba; Centro de Investigaciones Arqueobiolgicas y Paleoecolgicas 11 Andinas ARQUEOBIOS, Apartado Postal 595, Trujillo (Peru); Apa Instituto de Agricultura uto Sostenible (IAS), Consejo Sup uperior de Investigaciones Cientficas (CSIC), Alam lameda del Obispo s/n, 14080 Crdoba1

Abstract ) is ereal The maize (Zea mays) i a widely cultivated American cereal grass, being domesticated from the teo he teosinte in southwestern Mexico about 9,00 years ago. t 9,000 The maize was a corner ornerstone on the development and preponde ponderance of the Maya and Aztec civilizat ivilizations, as well as other ancient Americ American cultures. Formerly, the maize remai were analyzed from a morphological point of view. remains gical Fortunately, the developm elopment of molecular biology methodologies has allowed logies the study of ancient D ent DNA (aDNA). Reports of uniformity and lack of mity polymorphism of maize a aize aDNA could be due to a biased selec selection process favoring homozygosity. T ity. The available results suggest that the c current maize gene pool is millions of y years old, and that the current domestica esticated varieties are derived from several w ancestral populations. On the other h eral wild ther hand, the new second- and third-gener generation nucleic acid sequencing platfor latforms allow to sequence full genomes in a cost-efficient way, and most importa es mportantly from an archaeological point of v t view, they even allow the sequencin of ancient encing genomes. The possibility to analyze the ancient RNA (aRNA) is also exciting. ibility A) The study ancient nucle acids from maize using the new sequencing nucleic technologies opens the door to understand not only the e evolution and domestication of such cer h cereal grass, but also to decipher the myste mysteries of some American cultures from a m om multi disciplinary point of view.Key words: Indian maize, corn ears, cobs, kernels, molecular markers, micros , corn, microsatellites, simple sequence repeats, SSR, aRNA amRNA, nuclear DNA, nuDNA, chloroplastidia DNA, cpDNA, aRNA, lastidial mitochondrial DNA, mtDNA.

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El maz (Zea mays) es un cereal herbceo americano extensame samente cultivado, que fue domesticado a pa o partir del teocinte suroeste de Mjico hac unos 9.000 o hace aos. El maz fue una pie a piedra angular para el desarrollo y prepond eponderancia de la civilizacin Maya y Azte Azteca, as como otras culturas antiguas americanas. iguas Inicialmente, los restos d maz fueron analizados desde un pu tos del punto de vista morfolgico. Afortunadam adamente, el desarrollo de mtodos de biolog molecular biologa ha permitido el estudio del ADN antiguo (ADNa). Diversos estudios acerca de la io tudios uniformidad y la falta de polimorfismo del aDNA del maz indica que podra ta indican deberse a un proceso de seleccin sesgada que favorece la hom o homocigosis. Los resultados disponibles su es sugieren que el actual acervo gentico d maz tiene tico del millones de aos de antig antigedad, y que las actuales variedades d des domesticadas son el resultado de divers poblaciones ancestrales silvestres. P otro lado, iversas tres. Por los nuevos programas de secuenciacin de cidos nucleicos d segunda y as cos de tercera generacin permite secuenciar genomas completos de m ermiten manera eficaz, y lo ms importante desd el punto de vista arqueolgico, inclus permiten la desde incluso secuenciacin de genoma antiguos. La posibilidad de analizar el ARN antiguo nomas zar (ARNa) es tambin apasio pasionante. El estudio de los cidos nucleicos antiguos del leicos maz usando las nuevas tcnicas de secuenciacin abre la puerta para uevas re entender no slo la evolu evolucin y domesticacin de la mayora de los cereales ra herbceos, sino tambin p bin para descifrar los misterios de algunas d las culturas nas de americanas desde un pun de vista multidisciplinar. n puntoPalabras clave: maz indio, ma io, mazorca, marcadores moleculares, microsatlites, polimorfismo de lites, nucletido sencillo, SSR, ARNa ARNma, microARN, ADN nuclear, ADNnu, ADN cloroplastidial, ARNa, u, ADNcp, ADN mitocondrial, ADN l, ADNmt.

Introduction plant ize The Zea mays pla is known as maize, Indian maize or corn. It is a widely cultivated America cereal grass, bearing seeds on elo merican elongated ears (cobs). The words maize and corn are also used to designate the cobs and its aize te edible seeds (kernels). Fr ls). From a biochemical point of view, the m maize is a C4 carbon-fixation plant, being therefore more efficient than C3 plants under certain , lants conditions, as drought an high temperatures. Thus, the maize uses more ght and efficiently precious resou resources like water, maintaining in this w way the soil moisture more efficiently, and thus being better capable of gro iently, growing in arid environments. In fact, its shallow root system makes such plant d t, lant dependent on soil moisture. On the othe hand, maize is intolerant to cold. These facts have a other significant agronomical im cal impact for maize breeding. From an archaeological a ical and historical point of view, the maize c ize cultivation has had an extraordinary re ry relevance. Previous to the industrial re ial revolution and international trading as a source of commerce and thus currency and wealth, rrency ancient cultures flourished only when a stable and abundant food supply was shed nt available, once agricultura practices started about 15,000 years Be ultural ars Before Present (BP) in the Middle East. C ast. Cereal grasses like wheat (Middle East), ri (Asia) and st), rice maize (America) have p ave played a key role on the emergence and further gence

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development of ancient cu ient cultures. Thus, the maize had a vital influ al influence on the Maya and Aztec civilizat ivilizations, as well as other ancient Americ American cultures. Actually, the archaeologic and genetic evidence suggests that about 9,000 ological s years BP there was a sing domestication event from teosinte by the Aztec, in single te the Rio Balsas drainage ar of southwestern Mexico (Benz, 2001; Matsuoka et age area al, 2002; Lia et al, 2007; Zizumbo-Villarreal and Colunga-Garcia arciaMarin, 2010) (Figs. 1 & 2).

Figure 1. Maize domesticatio Graphical representation of the maize domes ication. omestication from the small teosinte ear to the large cob of the modern hybrid corn. Credit: original picture from Prof. inal p Dr. Jos Ignacio Cubero; first p published as the front cover of his book Introduc troduccin a la Mejora Gentica Vegetal [Introdu Introduction to Plant Breeding]; Mundi undi-Prensa (1999) now Ediciones Paraninfo , paraninfo.es> (Grupo Paraninfo) .

Figure 2. Maize domestication timeline. Chronology of the maize domesticatio a remarkable cation tication; breeding accomplishment tha took thousands of years. Credit: Group nt that roupement National Interprofessionnel des Semenc et plants (GNIS); Gnis, 2006 .

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Revista ARCHAEOBIOS N 5, Vol. 1 Diciembre 2011 IOS N Maize archaeology, ancient DNA and genomics , ancie

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Due to its strategic relevance to maintain human civilization the maize tegic izations, ears and the corn seeds h eds have been a typical element on archaeolo aeological remains of the Aztec and other American civilizations. Thus seeds and e her A even full ears have been preserved to ou days. This has been favored by the pre d our presence of dry climates, as is the case o some sites located on the Pacific coas of America, ase of coast as is the case of Peru. Formerly, the maize remains were ana eru. F e analyzed from a morphological point of view, using paleoecological and archaeobo vie aeobotanical data. Fortunately, the developm elopment of molecular biology methodologies has allowed logies the study of ancient DNA ( (aDNA), which brings such powerful tech l technology to the archaeology (Rollo et al, 1 t 1988, 1994; Goloubinoff et al, 1993, 199 Bird et al, 3, 1994; 1995; Jaenicke-Despres, 2003; Dorado et al, 2007-2009; Lia et al, 2007; pres, ; Schlumbaum et al, 2008 Such methodologies may involve th use of the 2008). lve the Polymerase Chain React Reaction (PCR) in vitro amplification, as we as modern s well second- and third-generat neration sequencing approaches, as describe below. It is scribed important to remark here that besides the scarcity of material and the fact that al the DNA may be highly fr ghly fragmented and chemically degraded (eg tautomeric ed (eg., nitrogenous base change ges), special care should be taken to avoid crossn contamination of aDNA w NA with modern DNA (mDNA) (Goloubinoff et al, 1993, binoff 1994). The analyses of pl plant aDNA in general (Schlumbaum et a 2008) and al, maize aDNA in particular o cular opens the door for genomic comparisons with modern ons maize (synteny). This allo is allows to study the taxonomy of ancient species and cient varieties, their evolutionar and domestication pathways, phyloge tionary hylogeography and biogeography, as well as their adaptation to both abiotic and bio stresses. ell nd biotic One of the goals of these studies is to determine the formation o the maizeation of bean-squash multicrop mi op milpa system and agro-food system in Am America, which started about 10,000 yea ago and allowed the development of important 0 years ment ancient cultures in Ame America (Zizumbo-Villarreal and Colunga lunga-GarciaMarin, 2010). It is also important to note that the problem of dealing wit scarce and ortant ng with incomplete data from the ancient samples to estimate the nitro m nitrogenous base substitution rates has be as been addressed by different statistical approaches, istical including the Bayesian M ian Markov Chain Monte Carlo (MCMC) (Na ) (Navascues and Emerson, 2009; Ho et al, 1 1011). Concerning the mo he molecular markers, the Variable Numbe of Tandem umber Repeats (VNTR) can be classified as minisatellites and micros n icrosatellites. The later are also known as S Simple Sequence Repeats (SSR) in plan and Short n plants Tandem Repeats (STR) in animals. They are very popul popular for DNA fingerprinting (genotyping) among plant and animal breeders, si yping) rs, since they are codominant (the heterozyg erozygote can be differentiated from the two homozygotes), ho simple to analyze, amena menable to automation, fast and cost-effectiv Thus, they ffective. have also been used wit aDNA in general and maize aDNA in particular. ed with DNA Reports of uniformity and lack of polymorphism of maize SSR from nuclear ty DNA (nuDNA) have been published from samples dated 300 to 2,0 (Lia et al, 2,000 2007), which could be due to a biased selection process favoring h e ring homozygosity. Indeed, even current rura populations around the world follow a agricultural t rural llow an process that involves s ves selection of the best ears for the next season

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sowings(instead of rando seeds or the best seeds from the total pool of random seeds). Such practice may drastically reduce the maize polymorph e orphism, mainly if there are not germplasm in asm introgressions from other places. Some o me other loci have also been analyzed on m maize aDNA samples dated 4,400 to 4,70 years ago, o 4,700 including genes related to the gene alcohol dehydrogenase 2 (ad ted adh2) gene, as well as genes related to th starch biosynthesis, storage proteins a control of d the teins and the plant architecture, fin re, finding the same alleles than the modern maize has. odern These results suggest tha the current maize gene pool is millions of years old, st that illions and that the current dom nt domesticated varieties are derived from several wild ancestral populations (Gol s (Goloubinoff et al, 1993, 1994; Jaenicke-Des Despres, 2003). As a practical exam l example of its usefulness, the ancient DNA h helped to has reveal the routes taken by agriculture as it spread away from its o en origin. Such is the case of indigenous lan us landraces of maize and archaeological specimens from al spe Brazil, which have been used to study the origins of South Ame h American maize. They are based on the S Single Nucleotide Polymorphisms (SNP) and different SNP) SSR found on the maize adh2 gene. Thus, the simpler GAn SS has been SSR found through the Andea region. A more complex GAnTA SSR was found ndean A along the lowlands of the northeast coast of Brazil, which prob probably reached such areas through the riv systems. The most complex GA1AA1GAn SSR was river found in Brazil and Parag Paraguay. These results suggest two routes f the maize utes for cultivation spreading into South America, as well as some cu g e cultural contact between Chile and Paragu (Freitas et al, 2003). araguay On the other hand, the organelle DNA can be a good targ for aDNA d target studies, since each cell ma contain many chloroplasts and mitoch ell may itochondria (which in turn may contain many organellar genomes inside), instead of th two copies d the of the nuclear chromosom mosomes found on diploid cells. Thus, plan may have , plants about 5,000 to 10,000 chl 00 chloroplast genomes (chloroplastidial DNA cpDNA) per l DNA; cell and about 100 to 200 mitochondrial genomes (mitochondrial D o drial DNA; mtDNA) per cell. Besides, the orga e organelles evolved from ancestral parasites that became asites endosymbionts millions o years ago, thus being protected b a double ions of cted by membrane envelope (the i inner membrane derived from them and the outer one from the host cell). Furt . Furthermore, the organellar DNA is circul circular, and thus resistant to exonucleases (Besnard et al, 2011). Thus, the cyto eases cytoplasmic DNA may be particularly releva for aDNA studies, which usually dea with scarce relevant ly deal and degraded DNA, as pre previously indicated. Concerning genomi enomics, the maize genome has 2.3 Gigabas pairs (Gbp) abase and about 33,000 genes (for comparison, the human genome ha 3 Gbp and enes e has about 26,000 genes) as shown by the Maize Genome Sequ s) equencing Project (MGSP) . Surprisingly, nearly 85% of the early maize genome is made o transposons. Interestingly, most part of the wheat ade of t genome has been duplicat and reorganized by helitrons, which a a group of uplicated hich are transposons that replicate by a rolling-circle mechanism (Schnable et al, 2009). licate nable Fortunately, the new sec w second- and third-generation nucleic acid sequencing c platforms allow to sequen equence full genomes in a cost-efficient wa and most nt way, importantly from an arc n archaeological point of view, they eve allow the even sequencing of ancient ge nt genomes (Dorado et al, 2008), as demo demonstrated with several Neandertal sample collected at different sites, dating 38,0 to 70,000 amples g 38,000

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years (Green et al, 2010). The sequencing of the modern maize g aize genomes and the ones from archae rchaeological samples should bring arc archaeology to unprecedented levels to decipher the evolution and domestic ls mestication of his important crop. The possibility to an y analyze the ancient RNA (aRNA), and in particular the nd messenger RNA (amRN amRNA) and microRNA (miRNA) from a om archaeological samples is also exciting (Rollo et al, 1994). The microRNA are small RNA citing A molecules (about 22 nuc 2 nucleotides long), found in most eukaryoti cells. They aryotic bind to complementary sequences on target mRNA, usually resulting in tary sually degradation of the target or translational inhibition, and thus ge us gene silencing. This kind of regulation c tion could date back more than 400 millio years. An million important group of ge f genes related with the maize domes domestication are transcriptional regulators. Some studies have shown that maiz MicroRNA ators. maize target transcription factors and other genes involved in key cellula roles (Floyd actors ellular and Bowman, 2004; Doeb ; Doebley et al, 2006; Zhang et al, 2006). Su molecules ). Such could be analyzed on a ancient samples using third-generation nucleic acid ation platforms capable of rea reading single molecules, without requir requiring previous retrotranscription or amplif amplification steps that could fail and bias the r s results. In conclusion, the maize was a cornerstone on the deve , development and preponderance of the Azte and other old American cultures. The study of the e Aztec s. aDNA and even aRNA f NA from maize using the new sequencing technologies ncing opens the door to underst nderstand not only the evolution and domestic estication of such cereal grass, but also to de o decipher the mysteries of some American cultures from rican a multidisciplinary point o view related to archaeology, biology agronomy, oint of iology, geography, history and so nd sociology.Acknowledgements. Supporte by Ministerio de Ciencia e Innovacin ( ported (MICINN grants AGL2010-17316); Consejera de Agricultura y Pesca of Junta de Andaluc (041/C/2007, ejera daluca 75/C/2009 and 56/C/2010); G Grupo PAI (AGR-248); and Universidad de Crd e Crdoba (Ayuda a Grupos), Spain. We are inde indebted to both Prof. Dr. Jos Ignacio Cubero an Mundi-Prensa ro and now Ediciones Paraninfo , paraninfo.es> (Grupo Paraninfo) for providing the picture shown on Fig. 1 with hown reproduction permission for th article of Archaeobios. We are also very grateful to the this Groupement National Interprof terprofessionnel des Semences et plants (GNIS) for providing the Fig. ) p 2 and the reproduction permiss rmission for this article.

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Population health effects of Maize-dependent agriculture: One size does effec e: On not fit all Catherine M. GaitherDepartment of Anthropology, Metropolitan State College of Denver, Email: gai gy, [email protected]

Abstract This article examines th population health implications relat es the related to maize dependent agriculture, spe e, specifically as it pertains to bioarchaeologica research in ological the Andean region. It addresses three health problems see in maize . s seen dependent populations: ir ns: iron deficiency anemia, pellagra, and de nd dental disease. Skeletal evidence of d disease and population health interpr interpretations are presented and discussed in the context of the biocultural impact of the rise of ssed pact agriculture. The evidence demonstrates that population health responses to dence alth maize-dependent agricultu are not uniform, even within the And riculture e Andean region. It is, therefore, important f researchers to utilize meticulous te tant for us techniques for gathering and analyzing da They must also consider contextual i ing data. xtual information in their interpretation.Key words: maize, anemia, pell a, pellagra, periostitis, andean

Resumen El presente artculo exa o examina las implicaciones de salud de la poblacin relacionadas con la agricu agricultura dependen del maz, especficamen en lo que camente respecta a la investigaci bioarqueolgicos en la regin andina Se dirige a igacin ndina. tres problemas de salud v alud vistos en las poblaciones que dependen del maz: la enden anemia por deficiencia d hierro, la pelagra, y las enfermedad cia de edades dentales. Evidencia sea de la enfe a enfermedad y las interpretaciones salud de la poblacin lud se presentan y discuten e el contexto del impacto biocultural de la aparicin uten en ral de la agricultura. Las pru s pruebas demuestran que las respuestas de salud de la tas poblacin con la agricultu que dependen del maz no son unifo ricultura uniformes, incluso dentro de la regin andin Es, por tanto, importante que los in andina. investigadores utilizan tcnicas meticulos ticulosas para recuperar y analizar datos. T os. Tambin debe tener en cuenta la informa formacin contextual en su interpretacin.Palabras clave: maz, anemia, pellagra, periostitis, andes mia,

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Bioarchaeological research in the area of subsistence transitions in gical nce various human population is a thriving field of interest. Nume ulations Numerous projects have focused specifically on the transition to agriculture from a foraging ifically strategy. Several researc searchers have documented population hea n health problems that often accompany suc a change, including anemia, a decrea in stature, y such ecrease and various vitamin defic deficiencies (Allison, 1984; Cohen and Arm Armelagos 1984; Cohen 1989; Benfer, 1990 Ubelaker, 1992; Verano, 1992; Holland and OBrien , 1990; olland 1997; Eaton and Eaton 1999; Strassman and Dunbar 1999; Tung, 2003; aton 999; Farnum, 2002). As the methodolog dological technology has changed, research earchers are now able to ask and answer m wer more focused questions regarding popu population health. Stable isotope analysis h is has allowed researchers to more specif specifically identify dietary patterns as they a attempt to analyze the impact of dietar change on dietary health (Schwarcz and Sch Schoeninger 1991). In the Andean regio maize dependent agriculture became the mainstay region, came for numerous populations. A re-analysis of the health effects of this subsistence tions. strategy demonstrates m tes more variability than what had bee presumed been previously. This paper will exam ll examine the research that has been done re ne regarding three specific health problems (anemia, pellagra, and dental disease) which have lems ease) been identified in maize aize-dependent agricultural populations, and discuss the , implications for research in the Andean region. arch Anemia and Maize consumption consu Anemia is defined as a reduction in the concentration o hemoglobin fined tion of and/or red blood cells. Ir lls. Iron is a necessary element for the de e development of hemoglobin, which is the component of red blood cells that allow the cells to t carry oxygen, i.e., their main function. An anemic person has re blood cells heir m as red that become pale and sma and have a much shorter lifespan tha normal red d small, an than blood cells. Aside from he om helping with the formation of hemoglobin iron is also globin, necessary for the transmi ansmission of nerve impulses for collagen syn en synthesis and it aides in strengthening the immune system. g Thus, a deficiency of iron can result in a number of hea iency health problems including anemia. Iron is found in high quantities in red meat, l on eat, legumes, and shellfish, but iron from pla m plants is harder to absorb. This is particular true for the ticularly two staples of domesticat stication, wheat and maize, because both of these plants oth contain substances calle phytates, which actually serve to inhibit the called rve absorption of iron in the in intestines. Additionally, these cereal crops are poor sources of iron. T hese ron. Thus, a maize dependent diet could lead to iron deficiency anemia (Roberts and Manchester d ts 1997). It is necessary to p y point out, however, that a number of othe causes can f other lead to anemia, including parasitic infections, cancer, and infecti luding infectious disease,

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the latter of which Stuart Stuart-Macadam (1992) pointed to as a maj etiological major factor in anemia associat sociated with iron deficiency. Thus, diet is but one of a et number of possible contr contributions to the development of anemia Larsen and emia. Sering (2000), for examp example, found that although the population of the late ation prehistoric Georgia Bigh was dependent upon maize agric Bight agriculture as a subsistence strategy, the was no increase in evidence for iro deficiency y, there iron anemia. The authors attribu this to an equally strong dependenc on marine attribute ndence resources which may hav increased the bioavailability of iron. In the Andean y have ron. region, numerous researc searchers have documented the high frequen of anemia equency as evidenced by the ske e skeletal indicators of porotic hyperostosi and cribra ostosis orbitalia in the coastal reg tal regions of Peru (Allison, 1984; Benfer, 199 Ubelaker, r, 1990; 1992; Verano, 1992; Tung 2003; Farnum, 2002). The factors imp ; Tung, rs implicated in the condition, however, are m more difficult to pinpoint. Maize was often a prominent dietary staple for the popu e populations in these studies; however, mari arine resources were also readily available (Blom et al. 2005). ilable In their study of an anemia in coastal Peru, Blom et al. (200 found that . (2005) unlike the population of the Georgia Bight, a mixed maize and marine on aize dependent diet was likely to be more predictive of anemia in ch childhood. That contradicts expectations indicated by the Georgia Bight study (Larsen and tions Sering 2000). The authors concluded that dietary practices were not the likely uthors explanation for the patte patterns seen; rather environmental stress stressors such as parasites were more likely the culprit. They found that less arid environments resulted in higher levels of anemia, and this regardless of w whether those environments were the res of landscapes manipulated by irrigat he result irrigation or natural variation. Environments with more water are associated with hig nts ith higher parasite loads and more water-bor borne pathogens (Blom et al. 2005). Thus, while maize has been implicated as a contributing factor for anemia in many populations (numerous authors in Coh and Armelagos 1984; Holland and OBrien 1997), n Cohen O the picture appears more c complicated in the Andean region. Pellagra and Maize consumption cons Pellagra is a niacin niacin/tryptophan deficiency disease. Niacin i also known iacin is as water soluble vitamin B3 and a deficiency in niacin disrupts the maintenance min ts of cellular processes. Try s. Tryptophan is an amino acid that can be converted to n niacin if dietary protein int ein intake is adequate; however, if other facto inhibit this r factors conversion or the bioavai ioavailability of both is limited, the disease p ase pellagra is the result. This can occur in po r populations overly dependent on maize ag ize agriculture with limited protein intake. Maiz contributes to the problem because of the tendency . Maize se for essential minerals to b ls bind with the phytates in maize (Lynch, 1 nch, 1997; Reddy, 1989) and form insoluble complexes that make them biologically u luble cally unavailable to the consumer. The symptoms as s associated with pellagra include dermati ermatitis, diarrhea, dementia, and eventually death. An analysis of known pellag ntually pellagrins from a population in South Afric by Brenton and Paine (2007) demo Africa demonstrates high frequencies of periostitis (71%), dental caries (35.7%), and cr ostitis nd cribra orbitalia

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and/or porotic hyperostos (28.5%). These are many of the sam symptoms rostosis e same that are labeled as non s non-specific indicators of stress which a ich are generally interpreted as indicating o ting overall poor health, and while the authors of this study uthors could not identify pathogno thognomic lesions for this disease, they sugge it needs to suggest be added to the list of diet dietary problems associated with population undergoing lations subsistence transition. Th note that it can also seasonally affec populations n. They affect where winter months ma both further reduce protein intake a s may take and increase reliance on stored maiz maize; another factor which must be co considered by bioarchaeologists and pale d paleonutritionists as they strive to interpret th findings. pret their The significance of this study suggests that aside from sim ce m simply analyzing maize consumption, it sho should be considered in conjunction with p protein intake. This has implications for all researchers in the field of paleonutri s onutrition including those in the Andean region where high levels of periostitis, dental caries, cribra region, ental orbitalia and/or porotic hy tic hyperostosis have also been identified, p fied, particularly in coastal areas (Allison, 1 on, 1984; Benfer, 1990; Ubelaker, 1992; V 92; Verano, 1992; Tung, 2003; Farnum, 2002 , 2002). Dental disease and Maiz consumption Maize Another main argum argument for a decline in health with the rise of agriculture e is in the area of dental h ntal health. Many researc

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