星际穿越科学玉米为何能成为末日作
摘要：玉米究竟是何德何能，能让它担负起“末日作物”的重任呢？
把人类的未来推向近乎末日的绝境，是不少科幻大片所津津乐道的故事背景。最近热映的电影《星际穿越》在这方面也不免俗。影片中，激发人们穿越虫洞寻找新家园的 原因，就是地球环境的极度恶化：高温、干旱和疫病席卷了全球，人类只能依靠种植玉米苟延残喘……
在这部聘请了多为知名科学家作为科学顾问的影片中，虫洞、黑洞也成为了重要的“角色”，而另一个容易被人忽略的“角色”就是玉米。在恶化的环境中，玉米的确可能成为为人类提供食物甚至能源的主要作物。
岂止未来，就在当下
事实上，玉米不仅在想象中的未来里成为决定人类命运的作物。在现实之中，玉米已经成为了影响人类社会发展的重要作物。目前世界每年玉米产量达10亿吨以上，远超过号称“养活世界一半人口”的水稻——后者的产量还不到每年5亿吨。虽然我们平时看不到那么多的玉米，但实际上我们或多或少在间接以玉米为食——因为我们所食用的肉、蛋、奶等动物制品，其饲料主要就是由玉米加工而来，而多种食物生产所需的高果糖浆，也是玉米淀粉分解而来。另一方面，大量的玉米还被用来发酵为乙醇，可以作为机械使用的能源——可以说，玉米现在就已经被人类社会所依赖。
然而，这种具有世界影响力的植物，为人所知的历史并不长久。约1万年前，玉米的祖先只是分布在中美洲一带的一种高大、多分支、穗小的植物。今天，这种被称为大刍草的植物在中美洲地区仍然能够见到。然而，也许是印第安农民的辛勤选育，亦或是机缘巧合，约在1万年前到7千年前之间，大刍草的两个基因的突变使得其分支减少、果穗增大，具有了我们今天看到的玉米样子的雏形。当然，那时的玉米棒还不到今天的1/3长，但即使是这样的作物，就足以支持起中美洲多个部落和王国的兴起和发展，并被冠以“父亲”和“神”的美称。
数千年来，玉米只是在美洲被人种植和崇拜，直到年，哥伦布发现新大陆后才将这种神奇的植物带回欧洲。在当时以小麦和豆类为主食的欧洲，玉米一开始并不受到重视，并不如同样从美洲传入、更加适应欧洲寒冷气候的马铃薯受欢迎。然而，19世纪中期的晚疫病摧毁了欧洲的马铃薯种植，而玉米则成为了缓解这次饥荒的关键粮食之一。这次“末日”的预演使得玉米在欧洲变得流行，而大量逃入美国的饥民则进一步使得玉米在美国中西部的种植面积大增。不到年时间里，玉米以其高产和易植的特性，顺利击败了欧洲、西亚地区种植的小麦、土豆和东南亚种植的水稻，登上了世界粮食霸主的宝座。
我有特殊的固碳技巧
从单位面积产量上来说，玉米和小麦、水稻相比并没有显着的优势。然而，玉米却具有后两者不具有的优势——更加耐热、更加耐旱。这就是为什么在《星际穿越》之中，环境恶化的地球上只剩下玉米一种作物。
玉米的这一特性是由它独特的固定碳的方式决定的。概括起来就是，玉米属于C4植物，可以主动“捕获” 化碳，而水稻和小麦属于C3植物，对 化碳的吸收更像是“守株待兔”。
正因为有着这种特殊的固碳技巧，使得玉米更加耐受高温、高光强和低 化碳浓度。这三大优势让玉米在应对未来可能遭遇的末日环境中占据了先机。短期来讲，大气内 化碳浓度的上升对植物来说是有益的，然而过多 化碳造成的全球平均温度上升，加强了总体光呼吸的损耗，而玉米能在高温和强光照射下依然保持较高的光合速率，这无疑对保证粮食的产量是有益的。而就长期来说，大气 化碳并不会无节制地升高——在高温和强光下，地壳内丰富的 盐的风化将加快，大量 化碳在 盐风化时被吸收，并固定于地壳之中。这一过程中大量丢失的 化碳将造成地球碳循环的崩溃。那时，不耐受低 化碳浓度的C3植物将 因不能得到足够的碳而“饿死”。而玉米，则可能是水稻、小麦这类C3植物消亡之后，人类得以残喘的为数不多的“救星”。
技术的宠儿：遗传操作优势
除了自身的先天优势之外，玉米的特殊地位也给它带来了特别的优势——玉米是世界粮食作物中为数不多的拥有成熟遗传操作体系的作物。
尽管玉米天赋异禀，但在末日灾害来临时，单纯依靠自然选择赋予它的优势并不一定抵御得了。在影片中，世界范围内农业作物的突然死亡，其直接因素被归因于一种神秘病菌的侵袭。因此为了应对这种突如其来的风险，人类有必要打破自然演化中时间所编制的窠臼，让需要百万年才能形成的优良特性，在短期内出现。
幸好，人类掌握了这门技术，得以通过对玉米基因组的改良，让玉米产生新的或更强的特性，来适应更加恶劣的环境。就在当下，全球约60万平方千米的土地上种植着接受了遗传改良的玉米。这些玉米，或是更加抵御虫害，或是能够耐受除草剂以适应工业化种植，抑或是改良了籽粒成分。而在全球各地的实验室中，拥有更加抗热、抗干旱、抗病菌侵害的新的玉米品种也在不断问世。8年2月，继水稻之后，玉米成为了第二种被全基因组测序的农作物，而就在随后短短6年间，新的测序技术又成功地从不同角度测序和分析了多个玉米品种的全基因组序列。这些信息将更加有助于人们对玉米进行改良。可以相信，在现实之中，依靠这些技术手段，人类并不会像影片中那样束手无策。
（来源：果壳网）
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