农业加速了杂草进化

2015-05-17 | 作者: Colin Barras | 标签: 杂草进化

在纷纷攘攘的转基因争论中,超级杂草问题一直被热议。但事实上,超级杂草与转基因技术并无直接关系。《新科学家》这篇文章“Dawn of farming sparked speed-evolution in weeds”让我们深层次理解杂草的存在,从另外一个角度理解杂草与农业共生共进化的关系,很有新意。

人类驯化种植作物并不久远,只有短短数千年。种类繁多的杂草已经逐步适应了新的农田,其中一些杂草物种似乎已经进化成像农作物一样,要完全依赖于耕地。

在大多数的农业环境中,只要有机会,杂草就会生根发芽。据全球范围内统计,杂草的泛滥每年造成的农作物减产多达10%,这是数百亿美元的经济损失。

但是,杂草问题并不是什么新鲜事。在以色列外海附近的地中海海域中有一个长达9000年的定居点,这就是目前已被淹没的亚特利特雅姆(Atlit-Yam)遗迹。以色列拉马特甘的巴伊兰大学埃胡德•魏斯(Ehud Weiss)和他的同事们正在研究从亚特利特雅姆遗迹中发现的古代的种子、水果等植物材料。这些材料浸满海水,这意味着它们保存的非常完好。

在遗迹中发现了2000年后农民才开始种植的一些作物种子,包括硬粒小麦、无花果、鹰嘴豆和草药等。此外还发现了至少35种杂草的痕迹,这表明杂草很快就适应了我们的农业变革。

更重要的是,这其中有五种杂草包括毒麦和Egyptian hartwort,它们通常被认为是只能在耕地里生长的专性杂草。

这证明一些杂草与农作物一样,在农业变革短短的几千年内就适应了农田环境。

法国里昂第二大学的乔治•威尔科克斯(George Willcox)称,上述发现对农业和杂草起源的研究有重大价值。在此之前,我们对早期农业的了解来源于利凡特遗址中发现的烧焦的植物。因此,发现最早的农业被完好地保存在水中非常令人兴奋,这使研究人员能够准确地识别所有种类的物种。威尔科克斯表示“种级鉴定让作者自信地断言专性杂草的发现”。

德国蒂宾根大学的西蒙•娜瑞尔(Simone Riehl)警告道,现今讨论什么是杂草可能已经过时了。

韦斯(Weiss)说道:“遗憾的是,我不能接受对亚特利特雅姆定居者的研究结论”。他补充说,如果一个现代杂草物种的营养价值相比远古时期没有明显改善,这表明它可能还是过去的杂草,即并没有进化。

这些无用却有害的植物能够在短短几千年完全适应环境,这是可能的吗?答案是肯定的。回答者是美国密苏里州圣路易斯华盛顿大学的肯尼斯•奥尔森(Kenneth Olsen),他是一位研究杂草快速适应的科学家。他表示,“农业的发展将开辟一个新的生境,已经适应了被破坏生境的物种将迅速蔓延到农业的栖息地。”

马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的安娜•凯塞多(Ana Caicedo)表示,定植后的初始阶段,杂草会继续适应农业环境中的特殊条件。例如,经过几千年的进化,一些专性的杂草已经发展到模拟作物的外形,从而逃避农民的检测和清除。值得注意的是,杂草适应的这个阶段甚至9000年前在亚特利特雅姆可能已经在进行:在遗迹中发现的毒麦也被称为“假小麦”,因为它与小麦很相似。

是否是杂草这一问题肯定一直困扰着古代农民,因为时至今日我们对此也尚不清楚。苏黎世的瑞士联邦理工学院的布鲁斯•麦克唐纳(Bruce McDonald)认为,最早的农民可能种植混合的作物品种,而不是如今单一的栽培品种,因此,即使像“毒麦”这种杂草降低了小麦的单产,应该还能够通过其他作物获得一个好收成。

种植单一的栽培品种可能是晚一点出现的,但有证据表明,他们是相对古老的。在旧约圣经中就提到了单一栽培品种的种植,这表明,亚特利特雅姆沉没几千年后的农民可能已经开始栽培它们。麦克唐纳说:“我敢打赌,杂草是早期单一种植的大麻烦,清除杂草可能已经消耗了早期农民的大量的时间。”

作者:Colin Barras,编译:基因农业网(刘永伟)。原文链接:http://www.newscientist.com/article/mg22429964.800-dawn-of-farming-sparked-speedevolution-in-weeds.html#.VHrIkHeJK-9

来源:《新科学家》

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