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中国人最早在约1万年前就开始种植水稻

时间: 2017年07月03日 | 作者: Sarah Zhang | 来源: The Atlantic
考古学家挖掘出小块水稻残骸,来自中国人最早驯化的水稻。

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植硅石微粒以及上山考古遗址发掘地的照片(图片来源:PNAS)


约在1万年前,地球正经历从更新世到全新世的地质年代转变,一群生活在中国长江下游的狩猎采集者则开始经历生活方式的转变——他们开始种植水稻(Oryza sativa L.)。

 

考古学家在上山考古遗址取得了令人瞩目的成果,他们发现了这些人类最早种植的水稻的残骸。水稻的谷粒早就被吃掉了,植株茎秆也早已腐烂,但一个称作“植硅石”(phytoliths)的微小组分却能够留存上千年,它是植物细胞为自我保护而形成的微小、坚硬的二氧化硅结构。水稻的叶子中含有扇形的植硅石,它们不会燃烧、不能被消化也不会腐烂分解。这些植硅石的特殊的结构表明古代上山人不仅仅采集稻谷,而是在约1万年前就开始种植水稻。这一转变对人类饮食结构产生了深远影响,直接导致现代社会一半的人口都依赖于此类主要农作物。

 

中国考古学家在21世纪伊始开始对上山考古遗址进行挖掘。他们很快发现这里的饮食结构以稻米为主:埋藏在陶器碎片和石器中的谷壳表明这些工具很可能用于磨粉。但植硅石比人工制品更为丰富,它们无处不在。史密森学会(Smithsonian)的植硅石专家 Dolores Piperno 并未参与本研究工作,但她指出,如果用显微镜观察,在不足十分之一盎司(约3立方毫米)的土壤中就可能发现上千个植硅石微粒。

 

中国研究团队经历了漫长乏味的工作,从土壤中筛出植硅石,反复清洗、过筛、干燥过程直到最终得到白色粉末状的高纯度植硅石。随后,研究人员利用碳14年代测定法准确得出不同深度发掘的植硅石的年代。为了证明植硅石年代测定的可靠性,研究人员还将测定结果与在相同深度发掘的种子、木炭等材料进行年代对比。Piperno 这样评价验证的结果:“他们非常仔细地对植硅石年代测定结果进行了一一对比,结果非常可靠。”在测定过程中,最古老材料的年代达到9400年之久。

 

接着,研究人员借助显微镜对植硅石进行了观察。研究发现,上山遗址发掘的9400年前的稻米与我们现在食用的稻米并不相同,它们的谷粒更小、更细,这样的谷粒更易扩散而利于种子传播。水稻在1万年的驯化过程中演化出更为丰满、充满淀粉、附着在茎秆上易于收割的谷粒,而这过程中同时也发生了植硅石的结构特征变化。因此,研究团队将注意力转移到植硅石鱼鳞状的表面结构上。

 

现代水稻中的植硅石结构具有9个以上的鱼鳞状修饰,而上山遗址发现的古代植硅石则具有不同数量的鱼鳞状修饰,挖掘层的年代越久远,具有9个以上鱼鳞状修饰的植硅石比例越高,其结构也越接近现代水稻。这一发现支持水稻的逐步驯化,一个被本研究工作人员、中国科学院地质学家张建平(中科院地质与地球物理研究所)形容为“漫长、缓慢”的过程。研究结果表明野生水稻并不是一夜之间变成现代水稻的。

 

但水稻的驯化与植硅石的鱼鳞状修饰究竟有什么具体关系呢?植硅石由叶片细胞产生,而水稻干旱时会卷曲叶片来保存水分。张建平表示,野生水稻往往在沼泽环境中生存从而获取足够的水分,而驯化水稻则叶片直立并且与水面分离,因此需要重复卷曲叶片来保持水分。卷曲的过程中产生了更多的鱼鳞状修饰,正是这些微小的鱼鳞状表面结构特征讲述了1万年前水稻生存的故事。

 

植硅石的证据进一步证明,至少在已发现的遗址中,上山是第一个种植水稻的地方。但针对这是否是水稻的唯一一次驯化的问题仍存在一些争论。遗传学证据表明,东南亚地区不同种类的水稻可能经历了最多达3次的驯化。水稻驯化的故事可能始于上山,但在整个大陆甚至全世界都得到了延续。

 

撰文 Sarah Zhang

翻译 刘威尔

校审 吴媛媛

 

原文链接:https://www.theatlantic.com/science/archive/2017/05/rice-domestication/528288/


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