地球能养活100亿人吗?人类只剩30年时间寻找答案

2018-02-03 10:22:41 quecongsoft 388

出品|网易科学人栏目组 小小

所有父母都记得他们第一次抱着新生孩儿的那一刻,看着他们皱巴巴的小脸从医院的毯子里露出来。我(本文作者查尔斯・曼恩 (Charles C.Mann),《大西洋月刊》、《科学》以及《连线》杂志撰稿人)伸出双手,把女儿抱在怀里。我太激动了,大脑里几乎一片空白。后来,我在房间外面徘徊,这样母亲和孩子就可以休息了。

地球能养活100亿人吗?人类只剩30年时间寻找答案

当时正是新英格兰2月下旬的凌晨三点。人行道上结满了冰,空气中飘着冰冷的细雨。当我从路边走出来的时候,一个念头突然出现在我的脑海里:当女儿到了我这个年龄时,地球上差不多将有100亿人。我无法再保持淡定,地球如何能养活这么多人?

1970年,我就读高中的时候,全球1/4的人处于饥饿状态,联合国今天称之为“营养不良”。如今,这一比例已降至约1/10。在过去的40多年里,全球人类平均寿命增长了11年。更令人感到震惊的是,大部分寿命增长发生在贫困地区。在亚洲、拉丁美洲和非洲,数以亿计的人从贫困中解脱出来,变成了中产阶级。

这种致富并没有以平均或公平的方式发生,依然有数以亿计的人尚未步入富裕行列。然而,以前从未有过这种程度的幸福感飙升的先例。没有人知道这种增长是否会继续持续下去,也不清楚我们目前的富裕程度能否维持下去。

今天,世界上大约有76亿居民。大多数人口统计学家认为,到2050年,这个数字将达到100亿。大约到那个时候,我们的人口可能会开始趋于平稳。作为一个物种,我们将会处于“更替水平”,即每对夫妇都有2个孩子来代替他们。经济学家们表示,世界的发展仍应继续,无论如何不均衡。这意味着,当女儿和我同龄时,世界上的100亿人中将有相当一部分属于中产阶级。

和其他父母一样,我希望我的孩子们在成年后能过得舒服些。但在医院的停车场,这似乎不太可能。我想,地球有100亿张嘴巴需要供养,其中包括30亿中产阶级,地球如何能满足他们的胃口?但这只是问题的一部分。完整的问题是:我们如何能在不破坏地球宜居环境的情况下,为每个人提供令他们满意的服务?

激烈竞争

在我的孩子们的成长的过程中,我利用作为记者的优势,不时地与欧洲、亚洲和美洲的专家讨论这些问题。随着对话的积累,他们反应似乎分成了两大类,这些观点或多或少地与两名美国人――威廉・沃格特( William Vogt)和诺曼・博洛格(Norman Borlaug)的观点相关。虽然沃格特与博洛格互相不认识,对彼此的工作也不怎么关心,但他们在很大程度上创建了基本的知识蓝图,世界各地的机构今天都在利用这些蓝图来理解我们的环境困境。不幸的是,他们的蓝图为人类生存问题提供了截然不同的答案。

沃格特出生于1902年,他为现代环保运动奠定了基本的思想基础。特别是,他创立了汉普郡大学人口研究人员贝特西・哈特曼(Betsy Hartmann)所说的“末日环境保护主义”,认为除非人类能够大幅减少消费和限制人口,否则将破坏全球生态系统。在畅销书和演讲中,沃格特认为,财富不是我们最大的成就,而是我们最大的问题。他曾说过,如果我们继续超过地球所能给予的极限,那么不可避免的结果将是全球范围内的破坏。他的口号就是“减少再减少”。

博洛格比沃格特晚出生12年,他已经成为“技术乐观主义”的象征。持这种观点的人认为,只要正确应用科学和技术,我们就可以走出困境。在20世纪60年代的“绿色革命”研究中,博洛格是最知名的人物。所谓的“绿色革命”是指将高产作物品种和农艺技术相结合,增加世界各地的粮食产量,帮助避免数千万人因饥饿而死亡。对博洛格来说,富裕不是问题,而是解决方案。只有人们变得更加富有和知识渊博,人类才能创造出解决环境困境的科学。

两人都认为自己在使用新的科学知识来面对地球危机,只是观点截然相反。对于博洛格来说,人类的创造力是解决我们所面临问题的方法。举个例子,他认为通过使用“绿色革命”中的先进方法来提高土地的产量,农民们就不必再种植那么多土地了,这一想法被研究者们称为“博洛格假说”。

而沃格特的观点正好相反:他认为解决办法是利用生态知识来缩小土地种植规模。与其种植更多的谷物来帮助生产更多的肉类,人类应该在食物链上吃得更少,以减轻地球生态系统的负担。这就是沃格特与他的前任罗伯特・马尔萨斯(Robert Malthus)观点不同的地方,马尔萨斯曾预言,社会将不可避免地耗尽粮食,因为他们总是生养太多的孩子。沃格特改变了这个观点,他认为我们也许能够种植出足够的食物,但代价是破坏了世界的生态系统。

我将这两个观点的追随者分别称为“巫师”和“先知”。在博洛格思想的指导下,“巫师”们揭开了技术的面纱。而在沃格特的启发下,“先知”们谴责我们的鲁莽带来的后果。沃格特与博洛格在相同的轨道上并行了几十年,但很少相互承认。20世纪40年代中期,他们的第一次和唯一一次会面产生出现分歧,随后沃格特试图阻止博洛格的工作。据我所知,他们后来从未说过话。

虽然沃格特和博洛格都在公共场合提到过对方的想法,但从来没有提到过名字。相反,沃格特驳斥了那些“自欺欺人”的科学家,称他们实际上是在加剧我们面临的问题。博洛格称他的对手是“勒德分子”(Luddites,即害怕或者厌恶技术的人)。

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尽管沃格特和博洛格现在都已经去世,但他们的门徒之间的争论却变得更加激烈。“巫师”们认为“先知”奉行的理论不够诚实,对穷人漠不关心,甚至属于种族主义者(因为世界上大多数饥饿的人都是非白种人)。他们认为这是一条通向回归狭隘、贫穷和饥饿的道路。在这样的世界里,尽管科学知识可以解放他们,但数十亿人仍生活在苦难之中。

而“先知”们嘲笑“巫师”对人类足智多谋太自信,甚至认为这是由贪婪驱使的(因为拒绝超越生态限制将会削减公司利润)。“先知”们认为,高强度的、博洛格式的工业农业,短期内可能会有取得回报,但是从长远来看,将会使生态环境变得更加艰难。由于过度使用土地而导致的水土流失,将导致环境崩溃,进而引发世界范围内的社会动荡。对此,“巫师”们回答:这正是我们要预防的全球人道主义危机!

随着相互指责不断升级,有关环境的对话变成了“独白”,双方都不愿与对方接触。如果我们不讨论孩子们的命运,双方也许都是对的。

地狱之路

沃格特在1948年被载入历史,当时他出版了《通往生存之路》(Road to Survival),这是我们第一本现代版的“通往地狱之书”。它包含了当今环境运动的基本论点――承载能力,也通常被称为“生态极限”或“行星边界”。承载能力假定,每个生态系统都有其所能产生的极限。超过这个限度太久,生态系统就会遭到破坏。随着人类数量的增加,《通往生存之路》中说,我们对食物的需求将超过地球的承载能力,结果将是灾难性的:侵蚀、沙漠化、土壤衰竭、物种灭绝和水污染,这迟早会导致大规模的饥荒。

像蕾切尔・卡森(Rachel Carson,《寂静的春天》(Silent Spring)作者,沃格特的朋友)和保罗・埃利希(Paul Ehrlich,《人口爆炸》的作者)这样的作家所接受的,沃格特关于超越极限的阐述成为了当今全球范围内环境保护运动的源泉,这是上个世纪以来唯一持久的意识形态。

地球能养活100亿人吗?人类只剩30年时间寻找答案 威廉・沃格特(William Vogt)

当《通往生存之路》出版时,博洛格还只是一名年轻的植物病理学家,致力于改善墨西哥农业。该项目由洛克菲勒基金会(Rockefeller Foundation)赞助,致力于帮助墨西哥贫困的玉米农民。博洛格在墨西哥做了个涉及小麦的小项目,研究黑色茎锈病(一种真菌),它是小麦最古老、最难对抗的疾病。在美国,寒冷通常会杀死茎锈病,但它经常出现在温暖的墨西哥,每年春天的大风都会把它刮过边境,重新感染美国的麦田。

作为唯一一个从事小麦研究工作的洛克菲勒研究人员,博洛格得到的资助很少,因此他不得不连续几个月睡在棚子和田地里。但是他在50年代中期成功培育出了对许多锈病有抗性的小麦。不仅如此,他还发明了比普通小麦矮小得多的品种,即所谓的“半矮子”小麦。过去,当小麦被大量施肥时,生长得很快,但茎长得细长,在风中很容易折断,那些不能重新挺直身子的麦株会腐烂死去。

而博洛格培育的矮小粗壮小麦可以吸收大剂量的肥料,并将额外的营养输送给谷物而不是根或茎中。在早期的试验中,农民有时收获的小麦是普通田地的10倍。小麦产量得到大幅提升,以至于美国国际开发署(USAID)的官员在1968年将之称为“绿色革命”(Green Revolution),从而为20世纪的发展指明了方向。

地球能养活100亿人吗?人类只剩30年时间寻找答案 诺曼・博洛格(Norman Borlaug)

绿色革命在亚洲的影响最为显著,1962年,洛克菲勒基金会和福特基金会在菲律宾开设了国际水稻研究所(IRRI)。当时,至少半数的亚洲人生活在饥饿和物质匮乏之中,许多地方的农业产量停滞或下降。IRRI希望研究人员开发出新的高产水稻品种,以迅速改变亚洲。在博洛格的领导下,IRRI团队开发出西的水稻品种,它们在20世纪70年代和80年代席卷亚洲,几乎使水稻产量增加了2倍。如今,亚洲种植的水稻中,超过80%来自IRRI。

亚洲大陆的人口激增,而且亚洲男性、女性和儿童的平均消耗量比IRRI建立时提高了30%。在首尔、上海、斋浦尔和雅加达,有闪闪发光的摩天大楼、昂贵的酒店、拥挤不堪的街道以及霓虹灯,所有这些都是在实验室培育的水稻基础上建造起来的。

“先知”反驳了吗?承载能力是幻想吗?不。正如沃格特所预测的那样,生产力的巨大增长导致了巨大的环境破坏:排干的含水层、化肥径流、水生死亡区、退化和渍水的土壤。更糟糕的是,生产力的快速增长使得农村土地变得更有价值。突然之间,许多地方的贫穷农民被从土地上赶走了。“先知”们认为,绿色革命只是推迟了饥饿危机。这只是一次性的“幸运突破”,而不是永久性的解决方案。正如“先知”所说,我们不断增长的人口和财富意味着,我们的收获将不得不再次“跳跃式增加”,就像“巫师”们所说的第二次绿色革命。

尽管2050年的全球人口仅比现在增加25%,但大多数预测认为,农民将不得不将粮食产量提高50%至100%。最主要的原因是,人们对奶酪、奶制品、鱼类,特别是肉类的需求增加了,而与种植和食用植物相比,饲养动物需要更多的土地、水源以及能源。未来数十亿人将会消耗掉多少肉几乎是不可预测的,但如果他们与今天的西方人一样大量食肉,那么这项任务将是艰巨的。而且,“先知”们警告说,为了满足世界对汉堡和培根的渴望,地球上也将迎来更多灾难:风景变得满目疮痍、可用水源和土地越来越少,贫穷国家数以百万计的农民将无法生存。

要做什么吗?第一次绿色革命中可用的许多策略已经不复存在。农民不能种植更多的土地,因为几乎所有可开垦的耕地都已经被使用。肥料的使用也不能再增加,现在它已经被过度使用。除了非洲的某些地方,这些化肥径流正在污染河流、湖泊和海洋。灌溉也不能再大规模扩展,因为大部分可以灌溉的土地已经被灌溉了。“巫师”们认为,最好的办法是利用基因改造来创造更高产的作物。而“先知”们认为,这是进一步压榨地球承载能力的途径。我们必须朝相反的方向走,他们希望少用土地,少浪费水,停止将化学物质倒入土地和水中。

人类仿佛被挤进了一辆正穿越迷雾的公共汽车,而前方某处就是悬崖,人类的灾难性命运很难逆转。没有人确切地知道悬崖在哪里,但每个人都知道,在某个时刻,公共汽车必须要转弯。问题是,“巫师”和“先知”们就何时转向存在分歧。每个人都确信,遵循别人的想法会把公共汽车送上悬崖。当他们争论不休时,车上的乘客数量却在不断增加。

氮的故事

几乎每个人每天都要吃东西,但是我们中很少有人会去想这是怎么发生的。如果在学校需要了解农业历史,更多的人可能会知道贾斯特斯・凡・李比希(Justus von Liebig)的名字,他在19世纪中叶确定土壤中的氮含量控制着植物生长的速度。虽然科学历史学家指控李比希伪造数据和窃取他人的想法,但不可否认他也是个有远见的人,他深刻地改变了人类与自然的关系。

李比希想象出一种新型农业,认为农业是化学和物理的分支。土壤只是农作物扎根所需的物理属性基础,而倒入含氮化合物(工厂生产的肥料)会自动产生巨大的收获。在今天的条件下,李比希朝着化工农业的方向迈出了第一步,这也是“巫师”们的早期想法。但是,没有明显的方法来制造供植物生长的含氮物质。直到第一次世界大战,两名德国化学家弗里茨・哈伯(Fritz Haber)和卡尔・博施(Carl Bosch)才找到方法。

哈伯和博施后来获得诺贝尔奖,他们的“哈柏-博施制氨法”可以说是20世纪最重要的技术创新。如今,世界上几乎所有的合成肥料都根据“哈柏-博施制氨法”生产的。超过1%的世界工业能源都投入到了这一领域。未来学家拉姆兹・纳姆(Ramez Naam)指出:“那1%大约让世界粮食产量增加了1倍。”

环境科学家瓦克拉夫・斯迈尔(Vaclav Smil)估计,按照哈柏-博施制氨法制造的氮肥为“世界近45%的人口提供普遍饮食”。超过30亿男人、女人和孩子因为这两位不知名的德国化学家而生存下来。

在获得巨大收获的同时,化肥带来的破坏也是不容忽略的。在过去的60年里,大约40%的化肥并没有被植物吸收。相反,它们被冲入河流,或以一氧化二氮的形式渗入到空气中。肥料被冲进水里,促使藻类、杂草和其他水生生物疯狂生长。当它们死亡时,它们会沉入河流、湖泊或海洋的底部,那里的微生物会吃掉它们的残骸。这些微生物在死亡海藻和杂草中生长,它们吸干深水中的氧气,杀死了大部分其他生命。

每年夏天,中西部农场的大量氮肥从密西西比河流入墨西哥湾,形成一个“氧气沙漠”,在2016年它覆盖了超过1.8万平方公里的面积。第二年,在印度东海岸的孟加拉湾,一个更大的死亡区形成。从肥料中上升到空气中,一氧化二氮是造成污染的主要原因。在平流层中,它结合并中和了地球的臭氧,而臭氧可通过阻挡致癌的紫外线来保护地球表面的生命。科学作家奥利弗・莫顿(Oliver Morton)认为,如果不是因为气候变化,“氮帝国”的扩张可能成为我们最大的生态担忧。

在哈伯和博施成为诺贝尔奖获得者之前,对“氮帝国”的强烈抵制就出现了。其领袖是名叫阿尔伯特・霍华德(Albert Howard, 1873-1947)的英国农场男孩,他的大部分职业生涯都是英国驻印度的帝国经济植物学家。霍华德和他的妻子、剑桥大学植物生理学家加布丽尔(Gabrielle)在印度培育小麦和烟草新品种,开发新型的犁,并测试给牛提供超级健康饮食导致的结果。

在第一次世界大战结束时,霍华德确信土壤不仅仅是化学添加剂的基础。这是个复杂的生活系统,需要在植物和动物粪便中混合各种各样的营养物质,包括收集剩菜和肥料。霍华德夫妇在他们所谓的“回归法则”(Law of Return)中总结了他们的观点:“忠实的回归到所有可用蔬菜、动物和人类废物的土壤中。”我们依赖植物,植物依赖土壤,土壤则依赖于我们。霍华德1943年发表的《农业圣经》(Agricultural Testament)成为了有机运动的创始源泉。

“巫师”们攻击霍华德和杰罗姆・罗戴尔(Jerome I. Rodale),后者是纽约出生的企业家、出版商、剧作家、园艺理论家和食品研究员,他通过书籍和杂志来宣传霍华德的思想,但他们都被批评像是江湖骗子和疯子。的确,他们的热情受到了近乎宗教信仰的、限制自然秩序的启发。但当霍华德称赞土壤的活性时,他指的是土壤生物的社区,植物根系之间的动态关系,腐殖质的物理结构等。所有这一切都是真实的,而当李比希在化工农业背后形成基本思想时,这一切却都是未知的。

霍华德在他的许多书和演讲中声称,化工农业正在使农村人口减少,并扰乱了一种古老的生活方式,尽管他的反对者不同意他的观点,认为这是一件坏事。如今,“先知”们对化工农业耗尽土壤的担忧似乎有先见之明:2011年联合国粮农组织的一项具有里程碑意义的研究得出结论,世界上1/3的耕地都被破坏了。

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最初,调和这两种观点似乎是有可能的。人们可以想象,博洛格派的“巫师”会考虑肥料和其他自然土壤输入,而沃格特派的“先知”们愿意使用化学物质作为良好土壤实践的补充。但这种情况并没有发生。双方互相辱骂,关系进一步疏远。他们发起了一场持续到21世纪的战斗,并且随着转基因作物的普及而变得更加激烈。这场战斗不仅仅是两种理念、两种技术手段、两种思考如何最好地为不断增长的人口增加粮食供应的方法之间的碰撞,也是关于我们所选择的工具能否确保地球生存或加速其毁灭的检验。

进化本源

虽然所有的“巫师”都拥护合成肥料,而“先知”们却在谴责它,但他们却存在同样的无知:没有人知道为什么植物如此依赖氮。直到第二次世界大战之后,科学家们才发现植物之所以需要氮,主要是为了制造名叫二磷酸核酮糖氧合酶(rubisco)的蛋白质,这是光合作用里相互作用舞蹈中的女主角。在光合作用中,就像孩子们在学校里学习那样,植物利用太阳的能量分解二氧化碳和水,并将它们的成分混合到需要的化合物中,从而形成根、茎、叶和种子。二磷酸核酮糖氧合酶是一种酶,它在这个过程中起着关键作用。

酶是生物催化剂,它就像横穿马路的行人导致汽车事故那样,酶也会引起生化反应,但这些反应的性质不会发生改变。二磷酸核酮糖氧合酶从空气中吸收二氧化碳,并将其插入到光合作用的大漩涡中,然后再返回。因为这些运动是光合作用的中心,光合作用需要跟随二磷酸核酮糖氧合酶的速度进行。

按生物标准来说,二磷酸核酮糖氧合酶就像是懒汉或懒骨头、“沙发土豆”。典型的酶分子会催化成千上万的反应,而二磷酸核酮糖氧合酶分子只会让自己参与两三个反应。更糟糕的是,二磷酸核酮糖氧合酶是无能的。每五次反应中就有两次,二磷酸核酮糖氧合酶用氧气代替二氧化碳,导致光合作用链断裂,被迫重新启动,浪费能源和水。

几年前,我和多名生物学家讨论光合作用。对于二磷酸核酮糖氧合酶,没有人为它说好话。一位研究人员说:“它几乎是世界上最糟糕、最无能的酶。”另一人则说:“它不是最好的进化努力。”为了克服二磷酸核酮糖氧合酶的懒散和笨拙,植物需要大量制造它,而这需要大量的氮。在许多植物的叶子中,有半数蛋白质(按重量计算)是二磷酸核酮糖氧合酶,它通常被认为是世界上最丰富的蛋白质。据估计,对于植物和微生物来说,相当于地球上的每个人都含有超过5公斤的二磷酸核酮糖氧合酶。

人们认为,进化应该会改善二磷酸核酮糖氧合酶。虽然似乎没有这样的运气,但它确实产生了一种工作机制:C4光合作用(C4是指四碳分子)。这是一种生物化学的组装技术,同时也是催生植物生长的聪明机制,C4光合作用是对叶片解剖并进行大规模重组的过程。当二氧化碳进入C4叶片时,它最初不是被二磷酸核酮糖氧合酶捕获,而是被一种不同的酶所捕获,后者利用它形成一种化合物,然后被泵入到叶子深处、由二磷酸核酮糖氧合酶填充的特殊细胞中。这些细胞里几乎没有氧气,所以二磷酸核酮糖氧合酶轻易不会抓错分子。

最终的结果是与普通光合作用一样产生糖、淀粉和纤维素,只不过速度要快得多。C4植物比普通植物需要更少的水和肥料,因为它们不会在二磷酸核酮糖氧合酶的错误上浪费水。在让生物学家们注意到的趋同现象中,C4光合作用已经独立出现了60多次。玉米、滚草、杂草、甘蔗和百慕大草这些差异很大的植物都进化出了C4光合作用。

从植物学角度看,来自世界各地的科学家正试图将水稻转化为C4植物,这种植物生长速度更快,需要的水和肥料更少,粮食产量也更高。这个项目的大胆令人感到震惊,因为大米是世界上最重要的粮食作物,是全球一半以上人口的主要粮食作物,这种食物在亚洲文化中根深蒂固,特别在中国和日本,大米几乎就是饭的同义词。

没人能预测出,农民在2050年将需要增加多少大米,但估计增长幅度要达到40%。受人口数量增加和财富增加的影响,它允许以前的穷人用大米取代小米和红薯作为主食。与此同时,由于城市扩张,河流干涸,农民转而种植利润更高的作物,以及气候变化造成农田沙漠化等,种植水稻的土地正在减少。缺乏水稻将是一场人类灾难,其后果将波及全球。

C4水稻联盟试图确保这种情况不会发生。该机构获得比尔和梅林达・盖茨基金会(Bill & Melinda Gates Foundation)的资助,进行着世界上最雄心勃勃的基因工程项目。但“基因工程”这个术语并不足以概述这个项目。

在新闻报道中出现的“基因工程”通常涉及到大公司将个别包装的基因材料(通常是外来物种)植入作物中,最典型的例子就是Monsanto公司的Roundup Ready大豆,它含有来自路易斯安那州废水池中的细菌DNA片段。这个片段使植物在其叶子和茎中含有一种化合物,从而阻断了Monsanto公司广泛使用的除草的影响。外来基因让农民们在他们的大豆田里喷洒除草剂,杀死杂草,但却不会伤害到庄稼。除了产生一种无味、无毒的蛋白质外,Roundup Ready大豆与普通大豆完全相同。

C4水稻联盟正试图利用大米与典型转基因作物相似的特性,以同样的方式对付米虫。科学家们正在尝试重新进行光合作用,这是生命中最基本的过程之一,而不是为了实现种子货币化而对单个基因进行修补。因为C4在许多不同的物种中都有进化,科学家认为大多数植物肯定有休眠C4基因。他们希望水稻就是其中之一,而且该协会能够识别并唤醒它的休眠C4基因,这在之前的进化过程中已经经历了很多次。

最理想的情况是,研究人员会打开已经在水稻中大量休眠的遗传物质,或使用与近亲相似但更容易合作的相关物种基因,从而创造出更高产的新物种,比如说普通大米将会变成别的东西。没有公司会从结果中获利,国际水稻研究所((大部分水稻研究都是在那里进行的)将提供转基因作物种子,就像绿色革命水稻(Green Revolution Rice)一样。

当我访问位于马尼拉市中心东南的IRRI时,许多人都在做科学最擅长的事情:把一个问题分解成一个个小碎片,然后再去解决这些碎片。有些人在培养皿中培育水稻,另一些人则试图在现有的水稻品种中寻找可能有用的变异。还有一些人在研究名为狗尾草的C4植物。在实验室里,狗尾草快速生长,并能在土壤中生长。

在实验室里,对狗尾草进行试验比对水稻更容易。在不同品种的生长速率中,在生物化学标记的传播中,有些实验可以测量光合化学物质的差异。六个穿着白大褂的人在一张大桌子上分拣种子。更多的人在外面的田地里,照料着实验稻田。当代生物学的所有应用都需要证据支持:平板显示器、嗡嗡作响的冰箱和冷冻箱、摆满了重新组合的烧杯。美国研究生在食堂里闲聊,窗户外面是成排的空调机。

为C4水稻联盟提供指导的是简・朗戴尔(Jane Langdale),她是牛津大学植物科学系的分子遗传学家。朗戴尔表示,最初的研究表明,大约有十几个基因在叶片结构中起着重要作用,也许另外10个基因在生物化学中扮演着同样的角色。所有这些都必须在以不影响植物现有的、令人满意的品质的条件下被激活,并使基因能够协调它们的行动。接下来,同样艰巨的任务是培育水稻品种,将C4光合作用提供的额外增长转化为额外的米粒,而不是根或茎。在亚洲、非洲和拉丁美洲,所有的品种都必须具有抗病能力,易于种植,而且适合他们的目标受众。

朗戴尔说:“我认为这一切都可能发生,但也可能不会。”她很快指出,即使C4水稻遇到不可逾越的障碍,它也不是唯一的生物试验。自我施肥的玉米,可以在盐水中生长的小麦,增强的土壤-微生物生态系统等都处于研究中。这些项目中任何一个成功的可能性都很小,这个想法是可行的,因为所有这些项目失败的几率也都同样小。在朗戴尔看来,博洛格的魔法过程仍然很强大。

勒德分子的疯狂

只要“巫师”和“先知”们一直在争论如何养活世界,“巫师”们就会指责“先知”式的农业根本不能为明天生产足够的食物。在过去的20年里,数十个研究小组对化工和有机农业的相对贡献进行了评估。反过来,这些调查也被收集起来并受到评估,这是一个充满困难的过程:研究人员使用不同的有机定义,比较不同种类的农场,并在分析中包含不同的成本。

尽管如此,我所知道的每一种结合和比较数据的尝试都表明,与“巫师”风格的农场相比,“先知”式的农场产出的热量更少,有时是少一点点,有时则少的相当多。如果农民们必须种植两倍的粮食来养活100亿人,那么遵循霍华德爵士的生态系统规则就会束缚他们的双手。

“先知”们对这种逻辑嗤之以鼻。在他们看来,以产生的热量多少来评估农业系统是愚蠢的。它没有包括沃格特所确定的成本:化肥径流、流域退化、土壤侵蚀和压实,以及杀虫剂和抗生素的过度使用。它也没有将农村社区受到的破坏计入其中,没有考虑食物的美味和营养。“巫师”们回应说,C4水稻将使用更少的肥料和水来生产热量,这将比传统作物对环境更好。“先知”们说,这就像用更少的汽油浇灭火焰一样,只需要少吃肉!

对“巫师”们来说,让农场以一种模仿自然生态系统的方式实现多样化的想法是胡扯,只有高度集约化、工业规模的农业才会使用具有超级生产力的转基因作物来养活明天的世界。生产力?“先知”回答,我们有自己的“疯狂计划!”事实上,他们确实做到了。

小麦、水稻、玉米、燕麦、大麦、黑麦和其他常见的谷物都是一年生植物,每年都需要重新种植。与此相反,用来填充大草原的野草是多年生植物,每年夏季都会复生,寿命长达10年。因为多年生草本植物的根系深入地下,它们能更好地控制土壤,较少依赖于地表雨水和营养物质(即灌溉和人工肥料)。

此外,多年生草本植物的抗病能力也更强。它们不需要每年春天都建立新的根系,多年生植物可更早更快地从土壤中生长出来。因为它们不会在冬季死亡,在秋季继续维持光合作用。实际上,它们的生长季节更长。它们年复一年地生产粮食,更不容易导致水土流失。“先知”们说,它们可能和“绿色革命式”的谷物一样多产,但却不会破坏土地,吸收稀缺的水资源,或者需要大量污染和能源密集型的肥料。

与博洛格在墨西哥的计划相类似,这个国家最古老的有机农业研究组织――罗戴尔研究所在上世纪80年代末收集了250份中间体麦草(Thinopyrum intermedium)样品。这种麦草是一种面包小麦的近亲,在20世纪30年代作为农场动物饲料从亚洲引入西半球。与美国农业部的研究人员合作,罗戴尔研究所的植物育种先驱、农业研究人员佩吉・瓦格纳(Peggy Wagoner)种植了样品,测量了它们的产量,并对表现最好的植株进行杂交,试图使其成为一种具有商业可行性的多年生植物。

瓦格纳和罗戴尔研究所于2002年将研究项目交给了堪萨斯州Salina的土地研究所,这是个非盈利的农业研究中心,致力于用类似自然生态系统的过程来取代传统农业。土地研究所与其他研究人员合作,从那时起始终在培育新型麦草。它甚至给它的新品种中级麦草起了一个贸易名称:Kernza。和C4水稻一样,这种麦草可能无法满足其创始人的希望。麦草粒的大小是麦粒的1/4,有时甚至更小,并且有较厚的麦麸。

麦草不像小麦,它以十分浓密的方式生长覆盖住田野。茂密的植被可以保护土壤,防止杂草生长,但也减少了植物产生的粮食数量。为了使麦草对农民更有用,育种者必须增加麦草粒的尺寸,改变植物结构,提高其面包制作质量。工作进展缓慢,因为麦草是多年生植物,它必须经过几年的评估,而不是一个季节就可完成。这个土地研究所希望在本世纪20年代能有两倍于目前麦粒大小的麦草粒,但无法保证成功。

驯化麦草是一项长期的游戏。其他植物育种者始终在尝试一条捷径:创造一种面包小麦和麦草的杂交品种,希望能将前者的高产与后者的抗病性、多年生生命周期结合起来。在20世纪中期以来,北美、德国和苏联的生物学家们都在致力于培育出有用的杂交品种,几十年来却始终未能成功。随着生物学的发展,土地研究所和太平洋西北部地区、澳大利亚的研究人员在本世纪初重新开始培育计划。

当我拜访华盛顿州立大学的史蒂芬・琼斯(Stephen S. Jones)时,他和同事们刚刚为新开发的、经过测试的杂交产品提出了一个科学名称――Tritipyrum aaseae,这个物种的名字是为了纪念先驱谷物遗传学家汉娜・阿斯(Hannah Aase)。还有很多工作,琼斯告诉我,他希望Tritipyrum aaseae可以为我女儿的孩子们准备面包。

农业是一种有用的苦差事,应该尽可能地减少,以最大限度地实现个人自由。非洲和拉丁美洲的研究人员在听到这些项目时直挠头。布基纳法索萨赫勒地区的国家间抗旱常设委员会研究人员艾德薇姬・博托尼(Edwige Botoni)说,培育多年生谷物是“先知”们提高收成的艰难方法。博托尼在撒哈拉沙漠边旅行的时候,曾给人们提供了很多关于从低质量土地中获取食物的建议,包括效仿尼日利亚和巴西等热带地区的农场。温带地区的农民主要关注谷物,而热带种植者则关注于块茎和树木,这两种作物通常都比谷类作物更高产。

想想木薯,按照产量计算,它是世界第11大作物,种植在非洲、亚洲和拉丁美洲的大片地区。可食用部分生长在地下,不管块茎有多大,植物都不会掉下来。在同等土地面积下,木薯的收成远远超过了小麦和其他谷物。这种比较似乎是不公平的,因为木薯块茎比麦粒含有更多的水分。但即使考虑到这一点,木薯的亩产热量也比小麦多。北方的马铃薯与木薯差不多。2016年,美国马铃薯的平均产量是小麦的10倍以上。博托尼表示:“尽管许多人对木薯都不熟悉,但引进它似乎比培育全新的物种要容易得多。”

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对树木作物来说也是如此。成熟的McIntosh苹果树每年可以生产158公斤到250公斤的苹果。果园种植者通常每英亩种植200到250棵树。在风调雨顺的年份,每英亩苹果产量可以达到35到65吨。相比之下,小麦的产量大约是1.5吨。与木薯和土豆差不多,苹果中的水分比小麦多,但其亩产热量仍然更高。即使木瓜和香蕉也比小麦更多产,还有坚果(比如栗子)也是如此。苹果、栗子和木瓜不能制作硬面包、松脆的玉米饼或雪纺绸蛋糕,但是今天大多数的谷物都被高度加工,变成像动物饲料、早餐谷物、甜糖浆、乙醇等物质。实际上,树木作物和块茎作物也可以加工成同样的东西。

这是否意味着世界各地的农民都应该用木薯、土豆、红薯、香蕉、苹果和栗子等代替小麦、大米和玉米?不。更确切地说,“先知”们有很多种方法来满足明天的需要。这些可供选择的代替方案实施起来十分困难,但在C4水稻中,“巫师”们的方案同样不容易实现。对“先知”们来说,最大的障碍是其他东西,即劳动力。

正确的生活方式

自第二次世界大战结束以来,大多数国家政府都有意将劳动力从农业领域转移出去。目标是巩固和机械化农场,这有助于增加收成和降低成本,尤其是劳动力成本。不再需要的农场工人会搬到城市,在那里他们可以在工厂找到薪水更高的工作。在博洛格派的理想中,剩下的农场主和工厂工人都能挣得更多,前者通过种植更多更好的作物,后者则通过在工业中获得收入更高的工作。整个国家也将会受益:工业和农业出口增加,城市里有廉价食品以及充足的劳动力供应。

当然也有些缺点:发展中国家的城市出现了满是流离失所家庭组成的贫民窟。在包括大多数发达国家在内的许多地区,农村都成了“鬼城”,但这正是博洛格派所期望的,这是解放农业工人、追求梦想的目标之一。在美国,农业劳动力的比例从1930年的21.5%降至2000年的1.9%,农场数量下降了近2/3。幸存农场的平均面积有所增加,以补偿数量上的减少。

与此同时,世界各国建立了税收优惠、贷款计划、培训计划和直接补贴等网络,帮助大农场主获得大型农业机械,囤积化学品,并种植某些政府支持的出口作物。由于这些系统仍然有效,沃格特派农民正在逆流而上。对沃格特派来说,最好的农业首先是照顾土壤,这是一个目标,它需要更小的几块农田。而当集中于单一作物的大规模生产时,很难做到这一点。

真正扩展农业需要找回那些父母和祖父母离开农村的人。为这些工人提供体面的生活将抬高成本,有些节省劳动力的机械化是可能的,我采访的小农场主都认为,将劳动力缩减到大型工业生产水平是可能的。整个系统只能通过全面改写鼓励使用劳动力的法律体系来实现增长。这种社会秩序的巨大转变是不容易完成的。

这就是“巫师”和“先知”之间长达数十年争论的起源。尽管这个争论表面上是基于农业亩产热量和生态系统保护产生的,但其真正分歧与农业本质和社会形式有关。对于博洛格派来说,农业是一种有用的苦差事,应该尽可能地减少,以最大限度地实现个人自由。对于沃格特派来说,农业与维持社区、生态和人类发展有关,自从一万多年前第一次农业革命以来,农业就一直孕育着生命。它可能是苦差事,但它也能加强人类与地球的联系。

我的女儿现在已经19岁,上了大二。到2050年,她将步入中年。我们需要依赖她那一代人建立起将为世界上100亿人口提供基本人类需求的机构、法律和习俗。每一代人都决定着未来,但只要人口学家能够预见,我的后代所做的选择就会产生共鸣。“巫师”还是“先知”?对于这一代人来说,选择将更多与他们认为可行的方案有关,而不是他们认为最好的方案。

杨舟 本文来源:网易科学人 责任编辑:杨舟_NBJS5726
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