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人类种子传播：重新思考植物驯化的起源

花匠小妙招
2024-11-08 18:32

这是野生大麦穗的照片，成熟的种子由于根部易碎的穗轴或茎结构而自然脱落。在野生环境中，这种易碎的穗轴使植物能够将种子散播到距离母株两米远的地方，这是一种相当弱的传播机制，不是其他作物祖先植物的特征。我们今天吃的大麦进化出了更坚韧的穗轴，这是它们与人类互利共生关系的一部分。人类已经将大麦植物传播到世界各地。图片来源：罗伯特·斯宾格勒

自人类开始从事农业以来的 10,000 年里，人们食用的植物发生了巨大变化，但人类自人类出现之前就一直与周围的植物和动物密切互动。随着人类意识到通过选择性育种改变农作物的能力，植物新特性的进化大大增加。然而，早在人们开始有意识地通过育种改变植物之前，植物就已经在人类的选择压力下进化了。

在一项新研究中发表植物科学趋势中，罗伯特·斯宾格勒博士研究了这些进化反应，并提出理论，现代驯化作物野生近缘种中进化出的所有最早的特征都与人类的种子传播以及植物传播后代的进化需要有关。

驯化综合症和类似特征的出现

植物驯化的许多早期特征在不同作物物种之间是相似的，进化生物学家将这种现象称为。例如，在所有大粒禾本科植物中（如小麦、大麦、水稻、燕麦），驯化的第一个特征是穗轴（将谷粒固定在穗上的单个茎）的变硬。同样，在所有大粒豆科植物中，如豌豆、扁豆、蚕豆和芸豆，驯化最早的特征是豆荚不破碎。

研究早期植物驯化的考古学家一致认为，谷类作物中更坚韧的穗轴的进化是人类使用镰刀收割谷物的结果。在收获期间，穗轴最脆弱的标本会失去种子，而穗轴更坚韧的植物则受益于种子得到保护并保存到来年。然后，人类清除竞争植物（除草），耕种土壤，播种，并养护作物直到下一季收获。我们可以假设豆科植物也发生了同样的过程。

近一个世纪以来，学者们已经意识到，这种平行进化是来自世界各地不同驯化中心的人们相似的选择压力的结果，导致了许多研究人员所说的“驯化综合症”。斯宾格勒认为，从最简单的生物学意义上讲，人类为粮食作物提供了比野生植物更好的种子传播服务，导致它们进化出有利于农业生产的特征，并提高了它们自身的繁殖机会。

驯化豆科植物的野生祖先，例如这种草豆（香豌豆）的野生近亲，在成熟时会爆裂并射出种子。驯化的第一个步骤包括失去这种特性，转而将种子保留在豆荚中供人类收集。然后人类成为这些驯化豆科植物的专职传播者。图片来源：Robert Spengler

作物种子传播特性的进化

考古学家研究过谷类和豆类作物野生近缘种的种子传播特性，但很少有人讨论过其他作物的野生近缘种如何传播种子。在这篇论文中，斯宾格勒不再过分关注这些少数植物，而是研究其他作物的野生种子传播过程。

斯宾格勒指出，在上一个冰河时代之前，包括人类在内的大型哺乳动物是野生大型果实进化的关键。虽然有些植物有机械的种子传播方法，但植物传播种子的最常见方式是招募动物来代替它们。例如，鲜红色的樱桃已经进化到可以吸引具有红绿色视觉的鸟类。鸟类食用了含糖的水果，然后飞到新的地方并产下樱桃的种子。然而，更大的果实需要更大的动物来传播它们，这意味着我们今天农产品市场上大多数水果的祖先植物进化成由大型哺乳动物传播。古生物学家此前已经注意到，许多不相关的植物科中，更大的果实也在进化，以吸引更大的动物，斯宾格勒揭示了这一过程反映在人类种植的作物的进化中。

斯宾格勒还推测，大型哺乳动物可能是藜麦、小米和荞麦等小粒谷物祖先种子传播的关键。这些植物的种子光滑坚硬，长在植物顶端，没有次级防御化合物或刺，生长速度很快，因此叶子是食草动物的完美食物。这些野生种子体积小，可能是一种进化适应，使它们能够成功通过有蹄哺乳动物的消化系统，而这些消化系统通常只允许小于 2 毫米的种子通过。斯宾格勒提出，将驯化概念化为基于种子传播的进化，解释了为什么所有小粒一年生植物驯化的第一个特征这些变化包括种皮变薄、种子变大以及休眠期被打破——逆转了食草哺乳动物传播种子的特性。驯化过程切断了这些植物与野生种子传播者的互利关系，使它们依赖人类进行传播。

野生大麦粒，放大图像显示麦穗轴基部。在这种野生形式中，麦穗轴在成熟时会干净利落地从大麦穗上折断。在驯化形式中，麦穗轴必须用力从麦穗上拔出，从而导致锯齿状断裂。考古植物学家寻找具有锯齿状断裂的标本，作为植物因人类耕作而进化的第一个迹象。图片来源：Robert Spengler

植物驯化是基于种子传播的互利共生

在早全新世和中全新世，世界各地特定地区的植物开始进化出新的特性以响应人类的耕作方式。随着人类种群规模的扩大和更加集中，人类对这些植物施加的选择压力也随之增加。在野外，植物通常会进化出互利共生关系以应对巨大的食草压力。斯宾格勒认为，在驯化早期阶段，农民的田地里也可以看到同样的进化反应，植物进化出特性以更好地利用人类作为种子传播者。

“人类是有史以来最出色的种子传播者，将植物物种传播到世界各地，”斯宾格勒说。“我们目前正在移除亚马逊河流域所有竞争性植物物种，以传播大豆种子——这种植物最初在东亚进化出与人类互利共生的关系。同样，美国中西部的大部分草原已被移除，以种植玉米，这种作物在墨西哥南部热带地区进化出来是为了吸引人类。人类是强大的传播者和植物将很容易地进化出新的特性来传播它们的种子并更成功地在新的地区定居。”

Spengler 博士是德国耶拿马克斯·普朗克人类历史科学研究所的考古植物学实验室主任。“从进化生态学的角度看待植物的驯化，并寻求在植物进化和人类进化之间寻找相似之处，这一点很重要。在野生和早期栽培过程中，”斯宾格勒说。“通过建模作为与野外进化相当的过程，并抛开人类有意识的创新的想法，我们可以更有效地研究这个过程为什么发生以及如何发生的问题。”

引用: 人类种子传播：重新思考植物驯化的起源 (2020 年 2 月 27 日) 于 2024 年 6 月 21 日检索自 https://webbedxp.com/zh-CN/science/jamaal/news/2020-02-anthropogenic-seed-dispersal-rethinking-domestication.html

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