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大公鸡,为了吃饱饭,人类现已折腾了一万年,还要持续折腾下去 | 近未来 ④,共济会

2019年04月26日 03:43:40     作者:admin     分类:趣闻中心     阅读次数:195    

这是一个关于吃饭的绵长故事。

所以,我要采纳一个极点的办法——把这段一万多年的前史悉数放到一天 24 小时里,也便是青海花儿擂台一切对唱加快 400 万倍,作业就变成了这样:

在这一天从前,人类在各个大陆上四处漂泊迁徙,搜集谷物和各栽培物的果实,打猎大大小小的野生动物,过着有荤有素有野味的波西米亚小日子。

吃饱喝足了,就在窟窿里搞搞艺术,把好吃的动物画得处处都是。

▲ 西班牙阿尔塔米拉窟窿的远古野牛岩画。图片来自:维基百科

00:00,地中海区域的人们发现,只需把野生小麦的种子埋进土里,过段时间就能收成更多的小麦。几乎在同一时间,我国南边对野生水稻做了相同的作业。「兴旺了!」他们开心肠久居下来,专注拓荒种田。粮食攒起来了,能养活更多人口,农业年代也就这么开端了。

美丽教师

有了粮食,还想吃肉。

人们顺手把野生的猪、牛、羊都给驯化了。有荤有素,美。

后来,人们管这天夜里发作的事叫「榜首次农业革新」。

天亮之后,人们在自家的地盘上,慢慢地尝试种一些新东西,南美安第斯山脉搞搞马铃薯和豆子,新几内亚尝试种甘蔗和一些根茎蔬菜,中美洲的人们种起了玉米。

12:30,差不多午饭时间,秘鲁人把棉花也驯服了。

当天下午和晚上,人们偶尔也创造或改善一些耕具和栽培办法,可是总的来说没发作什么大事,前史安静悠长。

可是,到了夜里 23:10,这一天只剩下不到一个小时,英国忽然发作了「第2次农业革新」,人们用四区域轮作制替代了休耕,荷兰人改善了我国人创造的犁,挑选性育种技能也进步了。这一次农业革新继续了将近半个小时,农田里的收成越来越好,英格兰和威尔士的人口几乎翻了一倍。

23:50,在最终十分钟,居然又爆发了「第三次农业革新」。高产的杂交谷物种子、组成肥料、杀虫剂、大型农用机械、现代化的农田办理技能,几乎都在一会儿被创造出来了。史无前例的大丰收,让全国际的人口在短短五分钟里翻了一番。

现在,整个故事只剩下 5 分钟了。

别急,真实精彩的部分才刚刚开端。人们为了吃饱吃好而做的最斗胆、最狂野、最难以幻想的事,都发作在这最终 5 分钟里。

机器学习和农业暴力美学

美国德克萨斯州的一片棉花田里,棉花植株刚刚长到挨近膝盖的高度,到了该除草的时分。

农场主 Eddie Smith 驾驭一辆拖拉机,以每小时 8 公里的速度从棉花田里驶过。拖拉机后边,拖载着一台由银白色金属板掩盖起来的、像一个大箱子相同的东西。

▲ 「See & Spray」智能喷雾机。图片来自:Blue River

远远看去,这台机器好像什么也没做。

假如咱们把镜头拉到大特写的间隔上,紧贴地上,跟随着快速行进的机器,咱们会看到精彩的一幕:

当机器掠过一株苋草时,从植株上方的喷头里,不到 1 秒的时间里快速地喷出极细的除草剂药液。深绿色的药液精确地喷洒在苋草上,而就在几厘米之外的棉花植株则安然无恙。

▲ 智能辨认杂草并精准学校暴君施药。图片来自:Blue River

这台名叫「See & Spray」的智能喷雾机,是加州一家叫 Blue River 的农业机器人公司的创作。正如它的姓名「See & Spray」所标明的,这台机器的作业逻辑极端简略:

看见,就喷。

困难之处在于「看见」,机器木吉の鬼步怎样看见杂草?

关键在于它装备的摄像头和算法。See & Spray 事前把握了很多关于农田杂草外观的数据,经过机器视觉和深度学习,能够「看见」每一株植物,并快速辨认它们是农作物仍是杂草。

假如是杂草,就从精准操控的喷嘴里喷出药液——「biu~」。

这种辨认是针对单株植物的长相,而不是植株间的间隔,也不是它的色彩。在迟早或阴天光线较暗、人眼辨认杂草比较困难的时分,See & Spray 也能照旧作业。

相对而言,以往的农用飞机也好、手持高压喷雾器也好,它们所选用的播送式喷洒施药方法,归纳起来便是两个字——瞎喷。

看着 See & Spray 在棉花田里奔驰的画面,我总是会想起自己背着高压喷雾器在豆田里喷洒农药的那个夏天。

那时的我,底子无从幻想未来的农业有如此精美的暴力,和如此暴大公鸡,为了吃饱饭,人类现已折腾了一万年,还要继续折腾下去 | 近未来 ④,共济会力的精美。

机器视觉和深度学习在农业上还有另一些更轻量的用法。

美国,拜耳公司开发的 Xarvio Scouting App 现已有了十万以上的用户。装上这个 App 后,农人们用手机拍一张相片,就能辨认农作物叶片损害状况、病虫害状况。

▲ 运用 Scouting 检测农作物病虫。图片来自:Xarvio

现在,Scouting 能够检测 17 种农作物病虫害,其间包含褐锈病、谷物叶甲虫在内的 9 种小麦病虫害,和 6 种玉米病虫害。检测精确率均在 50% 以上,最高可达 100%。

以往,咱们只能将一块乃至一大片农田作为一个全体进行微观办理。现在,IoT 和大数据来了,咱们总算能够给农田做精准的外科手术。

农业巨子孟山都旗下的 The Climate Corporation 开发了一款叫 FieldView Drive 的硬件,能够装在拖拉机、收割机、耕种机等农机的驾驭室里,在耕种、施药和收割的一同,实时搜集农田数据。

▲ Field View 农田办理暗示。 图片来自:The Climate Corporation

随后,农户能够在 iPad 上检查这些数据,并依据这些数据,对每一块农田做出精密的办理决策。

正如 The Climate Corporation 所说:

每一块农田都绝无仅有。

公元前 8200 年,南我国珠江中游的聚落地带,人类开端栽种后大公鸡,为了吃饱饭,人类现已折腾了一万年,还要继续折腾下去 | 近未来 ④,共济会来成为最重要储百亮农作物之一的水稻。一万年后的今日,全国际五分之江天鸿一的食物能量都是由水稻供给的。

它是名副其实的「人世粮食」。

可是好久以来,一种叫稻瘟病的水稻病害就如影随形,始终是水稻最丧命的病害之一。

▲ 明代《天工开物》中疑似稻瘟病的记载。 图片来自:书格

稻瘟病发作时,水稻禾苗变成黄褐色枯死,灾情严峻时,整片稻田像被火烧过相同。严峻的稻瘟病能够减产一半以上,乃至颗粒无收。

人们怨恨稻瘟病,乃至把它叫作「水稻癌症」。

为了「医治」稻瘟病,人类先是运用各种无机和有机农药杀灭病原——稻瘟病菌,可是收效有限,还带来了农药残留和环境污染等其他问题。

消除病原菌的效果不抱负,人们想到了另一个途径:改造水稻基因,让全美奶霸洗车行它对稻瘟病菌有天然抗性。

1997 年,NPR1 基因被发现,它能够发动植物本身的免疫反响。理论上说,假如能激活这个基因,就能够使水稻无惧稻瘟病菌的损害。可是,它有一个和人类免疫系统十分类似的特色,假如你让它长时间处于激活状态,植物就会像发烧的人体相同,成长遭到阻止。所以,这个免疫基因好是好,但也不能一向「开」着。

2017 年,杜克大学教授董欣年的团队在《天然》杂志接连发了两篇论文。他们找到了一段特其他 DNA 序列,在植物遭受病原侵略田口久美时,它能够依据需要发动免疫机制,就像给植物装了一个免疫系统开关。

这就叫「又战役来又出产」。

华中农业大学王石平教授的团队在水稻上验证了这个免疫开关的效果。装上免疫系统开关的水稻,既能确保产值,又能抵挡包含稻瘟病菌、真菌性疾病在内的多种病原体。

董欣年团队在论文摘要的榜首句写道:

自农业面世以来,操控植物病害一向是人类的一场奋斗。

眼下,人类好像渐成慧琳渐占了优势。

丢掉的物种

挪威斯瓦尔巴群岛,北冰洋上的永久冻土带区域。

一座砂岩山内部 120 米深处,躲藏着一个 45 米长、4 米宽、4 米高的关闭空间,外面有一层 1 米厚的隔温混凝土板,让室内终年保持 -18℃ 的低温。

▲ 斯瓦尔巴全球种子库外景。 图片来自:seedvault

这个耗资 9玄觞直播间00 万美元缔造、巩固到能够承受核兵器进犯的堡垒里,什么也没有,除了从 2008 年到现在搜集的 107 万份来自全球各个国家和地区的农作物种子。

这是全球农业的「诺亚方舟」。

假如没有斯瓦尔巴全球种子库这座方舟,假使人类未来面对剧变的气候、大范围的天然灾害或许战役,软弱的全球粮食系统或许会遭受沉重打击,咱们或许永久性地失掉一些农作物种类。或许未来某天,一场战役之后,人们就再也吃不到《风味人世》里说到的那种特其他西亚小麦。

这不光是甘旨的问题,这是全球粮食系统的安全问题。

2015 年,联合国粮食及农业安排发布了一份陈述,《大公鸡,为了吃饱饭,人类现已折腾了一万年,还要继续折腾下去 | 近未来 ④,共济会应对气候改动:大公鸡,为了吃饱饭,人类现已折腾了一万年,还要继续折腾下去 | 近未来 ④,共济会粮食和农业遗传资源的效果》,给出了一个极为重要的定论:

遗传多样性,是粮食安全的重要确保。

可是,全球范围内的遗传多样性正在继续性地下降。

依据联合国粮食及农业安排的陈述,2000 年到 2018 年间,全球超越 150 种畜类灭绝了。

曩昔 100 年里,全球超越 90% 的蔬菜和生果种类现已绝种。

到 2014 年,全球仅有 200 种粮食作物,而其间,包含小麦、水稻、马铃薯、甘蔗在内的 9 种作物就占了 66%。

▲ 栽培最广的 9 种作物。 图片来自:联合国粮农安排

一同,种内遗传多样性也在继续损失。

假大公鸡,为了吃饱饭,人类现已折腾了一万年,还要继续折腾下去 | 近未来 ④,共济会设某种水稻在农业栽培中表现出特其他长处,对干旱缺水的环境更有适应力,或许对稻飞虱这样的稻田常见病虫有很强的反抗力,又或许产值特别高,人们就喜欢它,从而大面积地栽培它。与此一同,表几璃现不如这种水稻的其他种类就很天然地被遗弃了。

久而久之,咱们就栽培水稻的种类就越来越鼓腹咝蝰少了。

水稻的种内遗传多样性就这样下降了。

种内遗传多样性改动的剧烈程度,或许超出咱们的幻想:

▲ 1903-1983 年美国作物多样性计算。图片来自:National Geographic

从图中能够看出,这 80 年间,美国蔬果种类数量呈现断崖式的跌落。

卷心菜从 544 种削减到 28 种;

甜玉米从 307 种削减到 12 种;

生菜从 497 种削减到 36 种;

……

不止美国,类似的问题全球各地都在发作。

菲律宾,从前具有几千个水稻种类,到 2011 年时只剩下几百种。

我国上世纪的小麦种类,到现在现已有 90% 消失了。

玉米之国墨西哥,玉大公鸡,为了吃饱饭,人类现已折腾了一万年,还要继续折腾下去 | 近未来 ④,共济会米种类数量正在下降。

遗传多样性的损失,便是一个把一切鸡蛋悉数放进少量几个篮子里的进程。随同这一进程的,是系统性危险的不断堆积,整个系统将越来越软弱。

只是依靠全球种子库的备份来抵挡这种危险,或许远远不够。

重获多样性

为了找回丢掉的遗传多样性,人们开辟了一片全新的战场。

美国马萨诸塞州坎布里奇,成立于 2016 年的 Inari Agriculture 总部设在这儿。

Inari 的科学联合创始人雅各布森,把他在加州大学洛杉矶分校研讨的植物育种专利技能带到了 Inari。他的研讨方向是植物表观遗传学,也便是在不改动 DNS 序列的前提下,怎么改动基因的功用。

他们运用一种叫 CRISPR/Cas9 的基因组修正东西。

▲ CRISPR/Cas9 暗示图。 图片来自:Wikipedia

什么是 CRISPR/Cas9?这要从上个世纪说起。

上世纪八十年代末,日本科学家在细菌基因组中发现了奇迹的、屡次重复的序列。2005 年,西班牙科学家发现了发作性关系几千种 CRISPR 序列捍卫萝卜应战39,其间有一部分序列和细菌的天敌、噬菌体的基因组序列信息有极高的类似度。

在自己的基因组里躲藏敌人的信息,为什么?

两年后,杜邦公司的研讨人员发现,CRISPR 序列是细菌用来辨认噬菌体、然后精准消除它们的一种兵器。

几乎便是拿着敌人的相片核对身份,然后干掉敌人。

然后,加州大学伯克利的教授杜德纳把 CRISPR 和一种叫 Cas9 的蛋白质拼装在一同。前者是高精度的定位和辨认器,后者是一把专门剪掉 DNA 片段的剪刀。这两件东西装在一同,在细胞里处处巡游,只需 CRISPR 发现和本身序列共同的方针,Cas9 上去便是一剪刀。

当场就要了方针 DNA 的小命。

这个从细菌体内偶尔发现的一小段基因代码,现在已然是生物学家们深化基因内部对植物、动物和人类自己进行「逆天改造」的神器。

2018 年 11 月 26 日,在科技圈引发地震的基因修正双胞胎事情中,南边科技大学生物学家贺建奎便是用 这一东西对受精卵的基因进行了修正。

浙江大学教授王立铭把它叫作「天主的手术刀」。

Inari 公司的雅各布森和他的搭档们,便是用这把手术刀来改造玉米、大豆和小麦的基因组。Inari 官网说他们企图通脚故事过基因修正技能,对农作物进行有针对性的改动,以此来从头引进天然的遗传多样性。

官网主页,红底白字写着他们狼子野心的愿景:咱们正在打造国际榜首个种子铸造工厂。

Inari,来自日语中「稻荷大神」的姓名。基因,也从前是「神」掌管的范畴。现在,它们都到了人类手里。

为了让新技能为更多研讨者、公司和农户带来便当,美国 Benson Hill Biosystems 公司爽性搭建了一个叫 CropOS 的农作物规划渠道。经过基因修正、机器学习、大数据分析这些技能,人们能够在这个渠道上自在规划自己想要的作物,修正农作物的基因,按自己的主意增加一些东西,或许去掉一些不想要的东西。

全球各涂艳军地,经过基因修正改造食物的举动如火如荼。

美国,Calyxt 公司正在设法下降马铃薯中天门冬酰胺和单糖的含量,使马铃薯更简单冷藏,而且能够削减高温烹调时发作的致癌物丙烯酰胺。为了呼应已盛行多时的无麸质饮食潮流,他们还开发了低麸质的小麦。

日本北海道大学研讨人员剪掉了大豆中简单导致过敏的两种蛋白质基因,开宣布颗粒更大、过敏性更低的大豆。

▲ 大公鸡,为了吃饱饭,人类现已折腾了一万年,还要继续折腾下去 | 近未来 ④,共济会一般大豆(左)和基因修正大豆(右)。 图片来自:日本农业新闻报

日本筑波大学教授江面浩则对西红柿进行基因修正,黑仑加使它的氨基酸「GABA」含量到达一般西红柿的 15 倍,成为有助于降血压的西红柿新种类。

基因修正食物安全吗?

从业者们信任,比起把一种生物体内的基因塞进另一种生物体内的转基因技能,基因修正只在一种生物基因内部修修正改,危险更低。相当多的从业者将基因修正与传统的育种进行比较,他们觉得这两者在安全性上没有实质差异,更首要的区别是,基因修正的功率更高、更精准。

可是,到现在为止,CRISPR/Cas9 技能还有一个丧命的「脱靶」问题还没有得到解决,这种缺点,会让你修正一段方针基因的时分,误操作把另一段给剪了。

就像去割盲肠的患者,做完手术发现身上其他零件少了。

不管有多少忧虑,基因修正食物现已走向餐桌。

早在上一年,Cibus 公司经基因修正后耐除草剂的油菜籽种类 Falco 现已在美国和加拿大出售。

本年 3 月 1 日,Calyxt 公司出产的基因修正大豆油开端在美国出售。

第三次农业革新的遗产和遗祸

一万年的农业史,便是一部人类对动植物的驯化史。

人类进入农业文明以来,在长达一万年的前史中,对农作物的挑选、培养和强化一向没停过。在海量的野生植物种类中,人们精心挑选那些更简单栽种、产值更高的种类进行栽培。

今日,全球 40% 的人口把小麦作为首要粮食。但咱们今日栽培的小麦,完全是人类驯化后的成果,它和从前的野生小麦种类早已相去甚远。

▲ 古埃及岩画中收割小麦的场景。 图片来自:Wikimedia Commons

肉质更细嫩、由于腿短更简单圈养的健康羊被选中了。

更能反抗病虫害的水稻替代了它的野生亲属。

而后来,每逢科学前进使人们把握了一种新的技能手段,人们很快就会用它来改良种类。

转基因技能诞生后,在长达几十年的时间里,推进强化育种,使得国际范围内的农作物产值大幅攀升,直到它引起了激烈而遍及的质疑。这种保护基因「纯洁」的朴素观念,引发了农业范畴里呈现各式各样的运动。

时至今日,咱们吃下去的每一餐饭,蓄养的最牛班规每一种禽畜,收成的每一粒种子,都是人类自动加以挑选和改造的成果。

至少到现在为止,农业的悉数前进都天然随同着它的「不天然」。

发作于 1945 年后的第三次农业革新,以大型农业机械、高效的化学农药、肥料和新种类农作物,带来了农作物产值的大幅增加。假如没有这样的成果,地球底子无法养活从 1945 年以来现已翻了两番的人口。

可是一同,它也带来了许多深入的问题:

乱用农药,导致食物中的农药残留,动植物耐药性也继续进步;

强化育种,让咱们失掉了大多数农作物种类,遗传资源多样性遭到严峻破坏;

粗豪的农业出产方法,形成土壤和淡水的糟蹋,还给大气贡献了 40% 的碳排放;

……

它给了咱们遗产,也给了咱们遗祸。

▲ 1948 年,俄勒冈州一架农用飞机正在喷洒农药 DDT。图片来自:美联社

眼下,新一轮的技能革新正在农田里打开。这一次,咱们具有了像基因修正、机器学习、IoT、大数据这些更强壮、更有洞察力的兵器。

咱们对农业的了解比以往更微观,能够极速地处理面积宽广的农田。

咱们对农阿鑫博客业的了解比以往更微观,能够一棵一棵地处理农作物。

咱们对农业的了解比以往更深入,能够在基因组内随意剪掉咱们不想要的东西。

在这些颠覆性的改动发作时,未必一切都是阳光的。过度达观或许带来难以幻想、更难以承受的结果。

究竟,现在咱们自己便是造物主了。

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