超级稻:物种进化与人类生存环境

2016年10月10日,山东临沂大店镇收割了百亩袁隆平超级杂交水稻,经专家组验收,实测亩产达1013.8公斤,创造了杂交水稻高纬度产量世界纪录。杂交是物种基因进化新途径,杂交水稻是水稻物种和科技进步相互进化的范例。

人类对物种进化的影响,就是人类作为地球生态中的物种之一,与其它物种的相互进化。任何一个物种都视其它物种的集合为环境,适者生存就是物种对这种环境的适应。国际社会所关心的生态环境,首先是人类生存环境。反之,人类相应于生态环境中的各个其它物种,也是它们的环境因素。今天,人类已经是影响地球其它物种最重要的环境因素之一:适应人类需求的物种得以生存,不适应人类需求的物种不断消失。地球陆地表面已经覆盖了农田、公里网和城镇,野生物种生存空间大大缩小。仅印度的绿色革命,就使得数以十万计的低产稻种绝迹,取而代之的是跨国公司提供的杂交和转基因等人造农作物物种。


图:170万年前的元谋人以渔猎采集为生、以天然物种为食,是旧石器时代。

然而,人类并不是一开始就对自然生态有很大影响力。170万年前的元谋人,就学会了使用石器工具,那时候人类以渔猎采集为生,采集的瓜果都是天然物种,那时候人类只能去适应生态而不会改变生态。农业的发展,就是人类改变生态的历史。华夏中原在8000年前就有了农业,河南新郑县出土的裴李岗文化,就有了小米种植,有陶制储藏容器,有农具石镰。那时候农业是刀耕火种,把一片土地其它物种烧了,种上粟谷,人类意志强制了只适合粟谷生长而不适合其它植物生长的环境。8000年谷物的进化,是花粉随风飘散,偶然杂入其它近亲的花粉以产生基因变异,不断适应农民选种的淘汰机制,粟谷基因由此缓慢进化为只能在农田里生长而难以在野外生存的驯化物种。

在农业发展的过程中,人们逐渐发现了植物二性繁殖的秘密:花粉。19世纪中,孟德尔用人工授花粉的办法,对豌豆杂交进行了研究,研究出生物遗传规律,开创了基因遗传学说。1904年,移民美国的华人刘锦浓,用其广东农耕的人工授粉知识,在佛州德兰市实验橙子的新品种,于1905年杂交出夏季成熟的橙子,避免了霜冻,使得果橙生产成为佛州支柱产业。袁隆平杂交水稻,也是不同水稻品种的交叉授粉。

图:稻花

袁隆平水稻杂交方法叫做三系杂交方法:1)先找到合适的雄性不育系,即花的雄芯没有发育,没有花粉,这样,稻花雌芯就能够接受远亲稻花的花粉,使得远亲稻种杂交成为可能,杂交优势才得以发挥出来;2)让雄性不育系接受维持系的稻花花粉,繁殖批量的雄性不育系,使得杂交水稻规模生产成为可能;3)让这些批量规模的雄性不育系接受恢复系花粉,生产出杂交水稻种子。

60年代印度饥荒频发,西方援助印度采用杂交水稻,史称绿色革命。杂交水稻产量高,可望解决印度饥荒问题。然而,西方援助的杂交水稻不能留种,印度农民不知道,留了种第二年种出来颗粒无收,以后只得年年购种,债台高筑导致大批农民自杀。这与马和驴杂交出来骡一样,骡不能繁殖骡,只能再用马和驴杂交出来骡。西方资本主义社会援助印度绿色革命只能由盈利私有公司去做,他们自然利用种子垄断获取高额利润。转基因物种是可以留种的,但是,美国2001年通过了转基因知识产权法,留种也得向种子公司交专利费。粮食是刚性需求,任何经济发展必须有相应的粮食增产以保障人口增长的基本生存需求。由于西方援助墨西哥、印度、菲律宾等国家的绿色革命,美国成为了全球最大的种子产业国。

1995年,美国著名智库专家布朗写了《谁来养活中国》一书,认为中国发展会给全球带来粮食短缺的灾难。然而,十年过后,2005年,美国人均消费粮食依然比中国多一倍有余,美国人均消费牛肉是中国的48倍,猪肉人均消费也比中国多。他们却担心中国发展了,说中国发展威胁全球了。而事实是,2005年中国已经变成了全球救援粮食输出国。更滑稽的是,2016年9月13日,美国向世贸组织起诉中国补贴农业刺激农民生产粮食。《谁来养活中国》出版21年以后,全球不担心谁来养活中国了,担心起中国人养活自己了。

为什么美国会害怕中国人养活自己? 美国人均可耕地面积是中国的6.2倍,印度是中国的1.6倍,澳大利亚是中国的25.8倍。中国人均可耕地面积排在世界各国第140位。因此,中国的粮食安全问题比其它国家更加严峻。据《吴越春秋》记载,公元前484年,越国向吴国借粮,为是否贷粮给越,吴国有一场大辩论,争论结果是吴国决定贷粮给越国。第二年,越国挑上好的粮食蒸熟晒干还给吴国,吴国误用为种子,结果颗粒无收,导致饥荒。2000年开始,外国大豆低价倾销中国,垄断了中国大豆全产业链,随后是2007年大豆价格高涨,外国获取超额利润,有消费大豆传统的中国消费者为此高价格买单。大豆的陷落是中国粮食产业的悲惨教训。如果中国屈服奥巴马世贸起诉降低国内收购粮食价格,粮食无人耕种,中国经济命脉就握在别人手中。中国就是否坚持耕地面积底线一事,也和吴国是否贷粮给越国一样,有过激烈的争论。中国崛起,不仅仅要有自己的粮食安全,而且必须有自己的农业种子源,绝对不能落到依赖他国提供种子的地位,这是袁隆平杂交水稻的地缘政治作用。

杂交水稻,是提高了农田资源的利用效率,单位面积的日照光合出更多的粮食。同样的劳动和资本投入使得农田产出更多,这在经济学中称之为全要素增长,科技提高生产力的真谛就在于此。全要素增长,兼顾了劳动生产率的提高和资源有效利用率的提高。而对于人均可耕地面积远远低于世界平均水平的中国,提高资源有效率尤为重要。

花粉杂交,只能在相同物种之间远亲繁殖,但不能跨物种改变基因。基因工程,则可以掺杂跨物种基因,比如玉米基因中加入了细菌的基因。基因工程因此可以创造出自然界难以进化出来的物种。比如一些转基因作物可以抗虫害,相当于自身合成了杀虫剂,这是长在机体里的杀虫剂,不像农药残留那样可以用水洗掉,那是洗不掉的,是所有细胞都包含的。相比之下,杂交水稻则风险小得多,杂交水稻是自然可能的杂交物种。

世界人口已经从1961年的30亿增加到今天的70亿,人均可耕地也从1961年的人均0.37公顷,跌到2013年的人均0.197公顷。袁隆平的杂交水稻对人类生存无疑是重大贡献。除了提高农田单产以外,人类应该向地球表面70%的大洋要太阳辐照。大洋的太阳能辐照利用,还处于旧石器时代的捕捞采集阶段,还没有像人类农业历史那样演化出提高单位日光辐照产出的技术和产权设计。如果连碳排放产权都设计了出来,人类一定也有智慧设计出大洋养殖产权。面对日益激增的全球人口,海洋农业开发将是人类经济增长的长远之计。

编辑:刘伟琼

(专家:郭晓明,加拿大麦吉尔大学物理学博士,科技与战略风云学会会员。致谢:感谢中国科学技术大学化学博士,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室副研究员,科技与战略风云学会会长袁岚峰提出的宝贵意见。科普中国微平台原创首发)