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Questa ricerca integra analisi archeobotaniche e biomolecolari per studiare i cereali selvatici rinvenuti nel sito archeologico di Takarkori, un riparo sottoroccia localizzato nel massiccio montuoso del Tadrart Acacus (Sahara centrale, Libia sud-occidentale). L’area è sotto tutela dell’UNESCO dal 1985 grazie alla straordinaria arte rupestre che la caratterizza. La campagna di scavo, avvenuta dal 2003 al 2006, è stata possibile grazie alla Missione Archeologica Italo-Libica in Acacus e Messak, diretta dal prof. Savino di Lernia (Università La Sapienza di Roma). La cronologia del sito è compresa tra 10.200 e 4.600 anni dal presente, supportata da un esteso programma di datazioni al radiocarbonio. Oltre alle evidenze archeologiche, il particolare ambiente di deposito rivela un eccezionale stato di conservazione dei reperti organici. Questa ricerca si inserisce nello studio multi- e inter-disciplinare del il sito di Takarkori, studiando i macroresti dei cereali selvatici grazie ad un approccio archeobotanico integrato con l’analisi molecolare (estrazione e sequenziamento di DNA antico).

Gli scopi di questa ricerca sono molteplici: a. identificazione dei campioni, delle loro origini e relazioni filogenetiche, che permette di approfondire la storia evolutiva che ha condotto alle piante oggi coltivate; b. la possibilità di recuperare tratti genetici utili dai progenitori che sono stati in grado di adattarsi alla crescente siccità del deserto. I cosiddetti “cereali selvatici” (Crop Wild Relatives) sono oggetto di studio per il contributo che potrebbero dare all’aumento della produzione di coltivazioni ad uso alimentare, per sostenere la sicurezza alimentare delle popolazioni che vivono nelle aree tropicali semiaride in questa fase di cambiamenti climatici; c. ricostruzione del contesto paleo-ambientale ed archeologico, utile per investigare lo sfruttamento delle risorse vegetali da parte dell’uomo durante l’Olocene Iniziale e Medio. Nel Sahara centrale, i migli (es. Echinochloa, Panicum) e Sorghum sono stati raccolti per millenni con molteplici scopi, prima dai cacciatori-raccoglitori e poi dai pastori. Ancora oggi essi rappresentano un alimento base per milioni di persone nei tropici semiaridi.

Circa 1.500 spighette di Panicum, Echinochloa e Sorghum, rinvenuti in accumuli di semi, sono stati sistematicamente analizzati. L’analisi morfometrica mostra che i campioni sono omogenei e uniformi, suggerendo un’azione di raccolta da parte delle persone che hanno vissuto a Takarkori. Il DNA antico (aDNA) è stato estratto da spighette di Panicum testando dieci protocolli, al fine di ottenere acido nucleico adatto (in termini di quantità e purezza) ad essere analizzato con la tecnica del DNA barcoding. Per le piante, il Consortium for the Barcoding of Life ha individuato un barcode multilocus composto da regioni di DNA plastidiale (rbcL, matK, trnH-psbA e trnL). L’analisi bioinformatica delle sequenze ha permesso l’identificazione tassonomica e la ricostruzione delle relazioni filogenetiche tra la specie antica e quelle moderne. I risultati, supportati dall’analisi morfologica, restituiscono informazioni sulle strategie di sussistenza adottate dall’uomo nel corso dell’Olocene Iniziale e Medio nel Sahara centrale, a seconda della disponibilità delle risorse. Dato che le prime analisi biomolecolari si sono rivelate promettenti, si è deciso di intraprendere uno studio approfondito del genoma di Sorghum grazie alla nuova tecnologia Next Generation Sequencing (NGS), al fine di ottenere maggiori informazioni riguardo l’eventuale coltivazione di questo importante cereale selvatico africano, avvenuta prima che i caratteri della domesticazione si fissassero nel genoma.

This research deals with the study of archaeobotany and ancient biomolecules. It focuses on cereal grains from the plant record found in Takarkori, a rockshelter located in the Tadrart Acacus massif of central Sahara (S-W Libya), UNESCO area for the impressive rock art since 1985. The site has been systematically excavated by the Italian-Libyan Archaeological Mission in the Acacus and Messak (directed by Savino di Lernia, University Sapienza of Rome) from 2003 to 2006. Chronology ranges from ca. 10,200 to ca. 4,600 cal yr BP, supported by a large program of radiocarbon dating that was undertaken in order to establish the chronological framework. Besides the archaeological evidences, the particular depositional setting reveals a remarkable state of preservation of the organic material. In this multi- and inter-disciplinary study of the site of Takarkori, dried plant macroremains of wild cereals have been investigated by the classical archaeobotanical approach complemented with molecular analysis (ancient DNA extraction and sequencing). The aims of this research can be reconducted to three main levels: a. identification of the specimens, their origins and phylogenetic relationships, in order to better understand the evolutionary history that led to the species cultivated nowadays; b. possible recovery of useful genetic traits from the progenitors of modern crops that adapted locally to the increasing aridity. Under extant climate changes, Crop Wild Relatives (CWR) are analysed to improve the production and availability of food crops, possibly contributing to the household food security of people in the semi-arid tropics; c. reconstruction of the palaeo-environmental and archaeological context of the site, useful to understand past human behaviour in exploiting plant cover during the Early and Middle Holocene. In central Sahara, millets (e.g. Echinochloa, Panicum) and Sorghum have been collected for millennia by hunter-gatherers first, and then by pastoralists. Still nowadays, they represent the most important staple foods for millions of people in the semi-arid tropics. Systematic morphometrical analysis was carried out on ca. 1,500 spikelets of Panicum, Echinochloa and Sorghum that were found as plant accumulation during the excavation field. The record showed homogeneous typology and uniform size in each genus, suggesting an action of collection by the human groups who lived at Takarkori. Ancient DNA (aDNA) has been extracted from spikelets of Panicum testing ten different protocols in order to obtain suitable (in terms of yield and purity) nucleic acid to be investigated by the DNA barcoding approach. For plants, the Consortium for the Barcoding of Life identifies a major core-barcode consisting of portions of plastid regions (rbcL, matK, trnH-psbA and trnL), to be used together in a multilocus approach. The bioinformatics analysis of the sequences provides the taxonomic identification and the phylogenetic relationships with modern species. Results, joint with the morphological analysis, give information about the subsistence strategy and resource availability changes that had occurred during Early and Middle Holocene in central Sahara. Since the first results, biomolecular analyses were promising and therefore a deep investigation of the genome of Sorghum has been carried out by Next Generation Sequencing (NGS) technology in order to gain new insights into the understanding of the pre-domestication cultivation that came first to the fixation of the domestication traits of this important African food crop.