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人类以为将野稻杂交成了水稻,可事实上,是水稻“驯化”了人类

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明李 2021-07-27 20:27
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关于猫,大家有个疑问:到底是人驯化了猫,还是猫驯化了人?其实关于植物也有类似的情况。比如原产在安第斯山的茄科三杰:茄子、土豆、辣椒一也就是东北地三鲜的三种食材,短短数百年就改变了整个欧洲乃至世界的格局。而东亚人更熟悉的水稻,则已有万年的栽培历史。

回顾万年来的农业发展,人类也许会自豪地认为,自己终于把杂草般的野稻培养成了适合大规模种植、遍及全球的粮食作物。但换个角度看,人类在驯化水稻的同时,也在被水稻驯化。

历史学家尤瓦尔赫拉利( YuvalHarari))在其著作《今日简史》中提出:表面上看是人类驯化了小麦,但是实际上可能是小麦驯化了人类。把「小麦」换成「水稻」,这句话同样成立。

在人类开始种植庄稼之前,所食都是采集的果实、捕猎的野兽,这些食物能让人类摄入充足的维生素和蛋白质,比小麦、水稻这些单一的碳水化合物更能满足人体的营养需要。后来,人类发现野麦、野稻也能食用,而且这些植物很容易在住处附近种植,于是便开启了刀耕火种的原始农业时代。

人类固然依靠种植的小麦、水稻获得了相对稳定的口粮来源,而小麦、水稻也享受了人类的精心照料,免于干旱、虫害、杂草的威胁,它们的种子也被人类收集、储藏,来年春天在各处播种,保证了该物种的繁衍、扩散。

人类从农耕中的获益其实并没有想象中的多。小麦、水稻种子的主要成分是淀粉,营养单一,不如原始社会时期的饮食营养均衡。自从开始农耕后,人类被庄稼束缚在土地上,不能随意搬迁,而且人类的身体本不适应「面朝黄土背朝天」的耕作劳动,但为了糊口,也只能咬牙苦干。

在人类与庄稼的「合作」中,人类不但饮食质量下降,而且劳损了身体。如果说人类从庄稼上得到了什么真正的利益,估计就是稳定的食物来源导致了人口的增加,但增加的人口也成了开荒、种田的劳力,结果是产生了更多劳力来照料庄稼,把庄稼传播到各地,最后的赢家还是庄稼。

即使如此,一些庄稼对这样的合作仍不满意,它们既想要人类无微不至的照料,又不愿人类食用它们的种子,近年来出现在世界各地水稻田里的「鬼稻」就是如此。「鬼稻」又称杂草稻,外形和水稻极其相似,杂生在稻田里冒充水稻,吸收本属于水稻的水肥;待到丰收时节,水稻谷穗低垂,等人收割,而杂草稻的谷粒成熟后则会像枯叶一样纷纷脱落,掉进土壤中。

待到来年春天,人们在稻田耕种的时候,土壤中的杂草稻种子又会和水稻种子一起发芽,继续潜伏在水稻中「混吃混喝」。农人也曾设想,如果把长过杂草稻的农田荒置一年或者种上别的作物,也许能让杂草稻无处遁形。但实施后才发现,如果将农田荒置或者种上其他作物,杂草稻种子根本不会萌发,它们能在土壤中休眠长达10年,直到这块田被重新种上水稻,杂草稻才会发芽,继续在水稻中「滥竽充数」。

这种极其狡猾的杂草稻来自何方?基因测序结果显示,杂草稻是田间不同种类的水稻品种串粉杂交后产生的「去驯化」品种,它跟野稻一样,谷粒容易掉落又口感粗硬,难以食用。

杂草稻已严重污染世界各地的稻田,我国江苏的稻田中杂草稻的比例高达10%~20%,灾害严重的稻田甚至大面积绝收。但遗憾的是,各国科学家目前还没有对付杂草稻的有效方案,在这场「人稻之战」中,人类恐怕会长期处于下风。但换个角度看,水稻凭啥长出来专门给人类吃?这些杂草稻的存在恰恰确保了水稻物种的基因多样性。

水稻与人类的关系还不止于此,已经成为人类腹中之物的稻谷,竟然也能悄无声息地把遗传物质渗透到人体中去。这在传统观点看来是匪夷所思的,因为食物中的核酸进入消化系统后一般是被降解消化,无法进入动物体内「兴风作浪」的,但在2012年,南京大学的张辰宇教授发现,食物中的植物小分子RNA( MicroRNA, miRNA))可以进入动物体内,甚至调控动物的基因表达。

研究发现,大小为20bp~24bp的外源 miRNA可以在胃中的酸性条件下至少存在6小时,这能保证它们在动物胃里不被消化并进入血清和组织。人类、小鼠等哺乳动物体内都发现了植物的 miRNA,,而这些 miRNA:主要来自水的 miRNA,,而这些 miRNA:主要来自水稻和十字花科植物(萝卜、白菜、油菜等)。

小鼠实验证明,新鲜稻谷中的miRNA能抑制小鼠肝脏 LDLRAP1基因的表达,使血液中低密度脂蛋白(LDL)水平升高,小鼠也因此容易罹患血栓、冠心病等心血管疾病。但并不是所有的植物 miRNA都会影响人体健康,一些植物 miRNA对人体有保健作用,比如广泛存在于植物中的一种叫miR159的 miRNA可以抑制乳腺癌。

以植物为食的昆虫也深受 miRNA的影响。多数蜜蜂幼虫的食物都是花蜜和花粉,其中的 miRNA会抑制幼虫的发育,使这些幼虫发育为没有生育能力的工蜂。而食用不含 miRNA蜂王浆的幼虫则能正常发育,成为有生育能力的蜂王。

同样,以桑叶为食的家蚕,血淋巴和丝腺中也测出了5种来自桑叶的miRNA。虽然目前科学家还未确认桑叶 miRNA对家蚕的生理活动起了何种影响,但古人早就发现,家蚕最爱吃桑叶,所以古人喜欢用桑叶养蚕,桑树也因此被广泛种植。不知道这是否也是桑树繁衍后代的一种策略?

植物不光与动物存在互相作用,与微生物间也同样存在着相互作用。水生蕨类满江红( Azolla filiculoide)与微生物蓝藻( Cyanobacteria)共生,蓝藻具有固氮能力,可以把空气中的氮气转化为含氮化合物供满江红吸收。

蓝藻终生都与满江红共生,而且满江红繁殖后代时它也会转移到子代植物上。两者的共生关系已有亿年。

豆科植物和根瘤菌( Rhizobium)也是这样的共生关系,根瘤菌之于豆科植物的作用恰似肠道菌群对人类的作用。当豆科植物刚开始萌芽的时候,土壤中的根瘤菌就被它们根毛分泌的化学物质吸引过来,侵入根部皮层,刺激皮层细胞分裂形成根瘤。

根瘤菌生活在根瘤中,从根部的皮层细胞中吸取水分和养分,同时把空气中的氮气转变为含氮化合物供植物吸收。根瘤菌平时产生的含氮化合物会渗透到周围土壤中,而且豆科植物在被铲除时,其根部富含氮元素的根瘤会留在土壤里,所以种过豆科植物的农田一般会富含氮肥。

为了更好地共生,微生物和植物的基因组都发生了适应共生生活的演化。比如说,它们能表达一些信号通路蛋白,促进微生物和植物之间的信号交流。微生物不仅有利于植物生长,还有利于酿酒。泸州老窖、茅台、古井贡酒等中国传统名酒,都是以产地命名,原产地才是最适合酿这些酒的地方,如果换了酿酒地点,哪怕配方相同,酿出来的酒也风味大减。

这些风水宝地酿酒风味独特的秘诀,在于当地独特的「水(水质)、土(土壤)、气(气温)、气(气候)、生(微生物)」。其中微生物的作用至关重要(微生物)」。其中微生物的作用至关重要,因为酿酒过程实质上就是微生物的代谢过程。

酿酒的微生物存在于酒曲、窖泥和酒醅中。酒曲是长有微生物的粮食,其中的微生物包括酵母菌、细菌和曲霉( Aspergillus),用于使酿酒原料发酵。窖泥是酒在进行无氧发酵时用来封闭酒窖、隔绝空气的泥巴,大部分酒厂的窖泥都是多年循环使用的,酿酒业素有「千年老窖万年槽,酒好全凭窖池老」的说法,窖泥中的微生物主要为甲烷菌( methanotropic bacteria)(和己酸菌( caproate acid bacteria)),能产生丁酸、己酸、己酸乙酯等化学物质,为酒添加独特风味。

发酵后的酿酒原料叫酒醅,可用于蒸馏酒水,其中的微生物主要来自酒曲和窖泥,种类比较复杂。因为酒曲、窖泥中微生物种类的不同,酿出来的酒也风味各异,有酱香型、清香型、浓香型等。

2019年9月,茅台集团和华大基因在深圳签署了长期战略合作协议。双方将携手贵州工业微生物研发中心,建立酿酒微生物基因库,探索发酵过程中微生物的作用机制,解密茅台酿造地区的土地微生物特质,充分挖掘和利用微生物大数据价值,为茅台生产提供科学依据。这一合作有利于以茅台为代表的贵州白酒产业的可持续发展,带动其他高科技、高附加值的现代发酵产业实现突破。

醇厚的美酒大受人类的欢迎,而人类在积极酿酒的同时也为这些微生物创造了合适的生存环境,也许这也是人类和微生物的一种互作吧。

【本文节选自《生命密码 2——人人都关心的基因科普》,作者尹烨,如有侵权,请联系删除】

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