科林·库里六岁的时候在他几岁的时候,他进行了一次非暴力反抗。那是20世纪80年代的南加州,房地产公司急于把洛杉矶周边剩下的农场和荒野变成闪亮的新开发项目。

刚从幼儿园毕业的Khoury坚决反对开发商。他对风景的热爱是触感的、孩子气的;他会在他家周围阳光普照的土地上搜寻野生植物,把它们多汁的叶子塞进嘴里。他的母亲发现自己经常打电话给中毒控制中心。因此,当6岁的Khoury看到开发商的横幅挂在一块俯瞰崎岖洼地的土地上时,他把标语直接扔进了峡谷。“我在做我自己的行动主义,”他笑着说。

几十年、几十个学位之后,库利不再即兴破坏生态。然而,他仍然喜欢野生植物。作为隶属于国际热带农业中心和美国农业部的作物多样性专家,Khoury与科学家、土地管理者和作物多样性倡导者组成的网络合作,绘制、研究、保护和培育我们最喜欢的超市产品的野生亲戚。为了寻找这些物种,Khoury走遍了世界——从叙利亚到牙买加,再回到索诺兰沙漠——回到人类农业的黎明。

在秘鲁万卡约的一个研究站,马铃薯植物的一种野生亲缘植物上盛开着可爱的花朵。
在秘鲁万卡约的一个研究站,马铃薯植物的一种野生亲缘植物上盛开着可爱的花朵。迈克尔·梅杰作物信托/CC BY-ND 2.0

大约1万年前,人类在世界各地的几个地方开始驯化植物。他们从以前觅食过的植物中选择种子,这些植物果实大而甜,或者生长周期方便。经过几千年的繁衍,我们的祖先把细细的种子、苦果和小块茎变成了我们今天吃的小麦、豆类和土豆。

驯化使野生植物更适合人类食用。但在这个过程中,这些植物失去了宝贵的东西:适应力。驯化作物是出了名的娇生惯养,依赖于定期浇水、精确的温度和人类的照料。与此同时,单一栽培——一种主要的农业做法,即集中培育和大量生产精选的少数品种用于粮食生产——创造了产量高但多样性少的作物,使它们对疾病和气候变化的适应能力较差。

现代香蕉就是这种脆弱性的例证。虽然有超过1000种香蕉在美国,47%的栽培香蕉是卡文迪什品种。这种基因多样性的缺乏意味着,当一种威胁出现时,比如令人恐惧的镰刀菌,科学家们担心这种威胁可能会发生。香蕉启示”混乱程度堪比大米歇尔香蕉的消亡,大米歇尔香蕉是卡文迪什香蕉之前曾经无处不在的香蕉。

相比之下,驯化作物的野生近亲在多样化且往往具有挑战性的条件下进化,从在安第斯岩石露头上茁壮成长的野生马铃薯近亲到干燥的索诺兰沙漠中耐寒的tepary豆。这种弹性使野生植物成为潜在有用性状的遗传金矿,如抗旱和耐热性。当与传统的驯化品种杂交时,它们可以产生更具弹性和可持续性的品种——更不用说潜在的更美味的品种了。为了保存这些特征,科学家们花了几十年的时间收集种子并将它们储存在基因库中。

左边的地图显示了可能有特别高浓度的辣椒野生亲缘种的地区。右边的地图显示了应该优先保护的地区。
左边的地图显示了可能有特别高浓度的辣椒野生亲缘种的地区。右边的地图显示了应该优先保护的地区。Khoury等人/CC BY 4.0

但主要作物的野生近缘种正受到威胁。“它们是野生植物,有野生植物所面临的所有问题:被人类侵占,气候变化,”库利说。

在过去的一百年里,人类的活动,如砍伐森林和开发,已经导致了世界上数百种植物的灭绝,其速度比实际情况快了500倍没有人为干扰.我们最重要的农作物的野生近亲也未能幸免。现已退休的热带农业中心基因库经理丹尼尔·德伯克(Daniel Debouck)的大部分职业生涯都在拉丁美洲寻找野生植物。他说,他在20世纪70年代和80年代首次发现的许多植物现在已经被人类侵占了。他说:“我最紧迫的任务是灭绝,而且还在继续灭绝。”

随着气候变化导致的更多栖息地破坏即将到来,Khoury和他的同事们正在采取行动,防止这种丰富的农业信息永远消失。在最近的一系列研究中,他们挖掘了有百年历史的博物馆标本,查阅了已发表的调查报告,并根据自己在野外追踪遥远物种的经验,绘制了美洲驯化作物野生近亲的剩余种群图。他们绘制了野生辣椒、生菜和南瓜的种群图,仅在美国就指定了600种野生物种进行进一步研究。其中数十个物种正面临灭绝的威胁;其他的还有待研究。研究人员估计,超过65%的野生南瓜品种和95%的野生辣椒品种都有这种情况从未被纳入任何基因库

通过绘制这些植物种群的分布图,科学家们可以集中精力从受威胁的地区收集植物,并倡导对这些植物的野生栖息地进行更大的保护。他们的结果会引起6岁的Khoury的共鸣,他已经怀疑对野生植物的威胁是对人类福祉的威胁。

Khoury和他的同事们结合了植物标本和野外工作的数据,绘制了南瓜野生近亲可能最集中的地方。
Khoury和他的同事们结合了植物标本和野外工作的数据,绘制了南瓜野生近亲可能最集中的地方。Khoury等人/CC BY 4.0

丹尼尔·德巴克亲眼目睹了野生作物栖息地的消失。1977年,德巴克刚刚开始他的第一份工作,在比利时做植物研究员。他当时正与同事们合作开发更有弹性的农作物,但他发现他已经获得的样本无法满足需求。到20世纪中期,对作物研究的兴趣和遗传学的科学进步,在世界各地催生了一波基因库开放的浪潮。这些设施使科学家能够储存植物的遗传物质,如种子,并将其用于进一步的研究。但是,许多拉丁美洲原产作物(包括土豆和豆类)的野生近缘种的收集存在空白,这些作物为世界上大多数居民提供食物。

于是德巴克走上了战场。在接下来的四十年里,他走遍了西半球,从茂密的中美洲雨林到凉爽、肮脏的安第斯山脉,他的眼睛一直盯着地面。德巴克专门研究豆类植物的野生近亲,因此他在豆类最初被驯化的地区,也就是今天的墨西哥和南美洲的部分地区,寻找它们细长的豆荚。他发现了14个新物种收集植物新品种3900余种.但他也目睹了许多这些物种受到攻击。他说:“我一直在今天你能找到房屋、道路和超市的地方beplay体育官网电脑板收集。”“再过10年或15年,这个地区就会完全不同。”

秘鲁万卡约中央市场的马铃薯多样性,靠近马铃薯最初的驯化地点。
秘鲁万卡约中央市场的马铃薯多样性,靠近马铃薯最初的驯化地点。迈克尔·梅杰作物信托/CC BY-ND 2.0

这使得德巴克的野外经验对野生植物的保护更加重要。为了找到一种受欢迎的粮食作物的近亲,德伯克首先在植物标本馆寻找标本,这些标本是干燥的植物和种子样本,粘在纸上,保存在博物馆和植物园的大型图书馆里。这些藏品中的植物可能有几百年的历史;它们有时没有名字,只标注了产地。一旦德巴克确定了一个标本是潜在的野生亲戚,他就会去实地考察。

他首先询问当地农民对这种神秘植物的了解,并将他们的了解与他的研究进行比较。然后,他开始寻找。德伯克梳理乡村,像医生解读症状一样解读种子和树叶。他对风景的记忆力惊人。在最近一次去秘鲁圣谷的旅行中,他利用土壤类型、地面覆盖范围和靠近水的程度等标志来定位野生豆子的后代这是他30年前第一次发现.一旦他找到了这些植物,德伯克就会记录下它们的位置和状况,如果他得到了东道国的许可,就会采集样本储存在基因库中,供后代使用。

最后一步,征求许可,并不总是在植物学家的清单上。“与100年前相比,所有这些东西的政治已经发生了巨大变化,基本上是印第安纳琼斯时代,”库利说。在19世纪和20世纪初,代表殖民势力的探险家经常在没有当地人参与的情况下从殖民地地区采集标本,并利用这些标本支持对非洲、亚洲和拉丁美洲土地的农业开发,以造福欧洲人,后来造福美国人。

今天,由于1993年《联合国生物多样性公约》等国际协议,科学家必须获得东道国的许可,并履行对当地社区的道德承诺。他们不是利用得到的数据去掠夺遥远的土地,而是在帮助恢复生态系统,而这些生态系统正是美洲殖民者殖民主义的特征——采掘农业最初破坏的生态系统。

在堪萨斯州萨利纳的土地研究所,研究人员直接从草原上获得灵感,包括该地区原生的野生谷物,以重新构想我们的耕作方式。一个没有受过训练的人可能会看着土地研究所周围的地面,除了被风吹皱的草什么也看不见。但该研究所的研究主任蒂姆·克鲁斯看到了未来。克鲁斯说:“整个目标是建立一个农业系统,就像最初的自然系统一样。”

当欧洲人第一次偶然发现席卷美国中部的广阔草原时,他们看到的是由土著人管理的多种多年生草的景观可控燃烧.殖民者以集约化的单一栽培取代了多样的植被。数百年来,这破坏了土壤质量。克鲁斯说:“读读关于世界土壤和人类状况的报告,那是一份令人沮丧的文件。”

气候变化进一步增加了风险:一年生作物,如小麦,会迅速耗尽土壤氮。为了恢复土壤,农民们使用化肥,而化肥的排放物对气候变化有重大影响.由此导致的气温上升和极端天气事件已经对世界各地的农业产生了令人担忧的影响,包括在中西部

多年生小麦草,明尼苏达大学替代作物项目的一部分。
多年生小麦草,明尼苏达大学替代作物项目的一部分。作物野生近缘种/CC by - sa2.0

为了解决这个问题,克鲁斯正在研究野生多年生植物,它们持久的根系可以让土壤自然地积累有机物。克鲁斯和他的同事们正试图从向日葵的野生近亲中培育农作物,向日葵原产于北美。

圣路易斯大学(St. Louis University)教授、丹佛斯植物科学中心(Danforth Plant Science Center)研究员艾莉森·米勒(Allison Miller)也在利用野生植物创造更可持续的农业循环,在这种情况下是通过开发覆盖作物。她说,当农民种植玉米和大豆等普通作物时,“它们在秋天收获,在很多情况下,田地在秋冬期间都是光秃秃的。”另一方面,覆盖作物——尤其是当地生态系统的原生作物——可以在冬季种植,以帮助土壤再生,限制侵蚀和养分流失,减少对肥料的依赖。

当德伯克第一次开始寻找驯化作物的野生近亲时,他并不知道他的发现将帮助农民在一个急剧变暖的星球上生存。但这正是他觉得这项工作最令人兴奋的地方。“在很多情况下,我们还不知道我们将需要什么,我们将发明什么,”他表示。关键是要不断寻找。

这张地图显示了不同的野生植物亲戚在北美的集中。暗红色的斑块包含了最多的物种多样性。
这张地图显示了不同的野生植物亲戚在北美的集中。暗红色的斑块包含了最多的物种多样性。Colin Khoury提供

就库利而言,他从未停止寻找。去年,他和他的合作者发表了详细描述南瓜和辣椒野生近亲种群的地图。2020年,他与米勒等人共同发表了一项研究,概述了保护这些野生近亲的路线图。除了发现新的植物和保护它们的栖息地外,研究人员还强调了另一个重要步骤:邀请农民参与野生植物的研究。

几十年后,Khoury在他的童年中放牧可能有毒的野生植物,他仍然相信人类会从超越传统农业中受益。然而,与早期的单独行动主义不同,库利现在是科学家、农民和植物育种者运动的一部分,他们都认为,像往常一样的商业活动无法再持续地养活地球。他说:“粮食和农业领域发生了一些新的变化。”“事情需要发生重大变化的开放性。”

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