Science | 我国科学家揭示水稻从野生到驯化的十万年连续演化史

责编 | 王一

农业起源是人类社会发展的重要转折点，标志着人类从渔猎采集性经济过渡到农业生产性经济的时代，开启了人类文明诞生的历程。水稻不仅是目前世界半数人口的主食，而且其栽培和驯化对中华文明的形成和发展产生了深远的影响。水稻是什么时候开始被人类采集利用? 从野生到驯化的过程是怎样的? 长期以来是社会和学术界关注的焦点问题。

5月24日，中国科学院地质与地球物理研究所科研团队与浙江省文物考古研究所、临沂大学、上山遗址管理中心等全国13个单位合作在Science上发表了题为Rice’s trajectory from wild to domesticated in East Asia的研究论文。该研究利用植硅体微体化石分析等方法开展了浙江上山文化区水稻起源研究，揭示了水稻从野生到驯化的连续演化史，这一过程跨越了十万年。这项研究不仅为理解人类社会的发展、农业文明的起源提供了新的证据，也进一步确认了我国是世界水稻的起源地，以及上山文化在世界农业起源中的重要地位。

在过去一个多世纪以来，水稻起源，一直是充满争议的话题，先后有印度起源说、东南亚起源说、阿萨姆和云南起源说等。20世纪70年代以来，随着我国河姆渡遗址、上山遗址以及长江中下游许多遗址水稻考古证据的发现，国际学术界才开始认同长江中下游地区可能是世界水稻的重要起源地之一，但能否在长江流域末次盛冰期2.6万年以来找到可以长期保存且能够区分野生-驯化水稻的鉴定指标，能否揭示人类从采集到驯化野生稻的过程和可能的机制，是研究取得突破的关键。

在最新的研究中，中国科学院地质与地球物理研究所吕厚远科研团队在多年对现代野生稻-驯化稻的植株、土壤中水稻植硅体的系统研究基础上，明确了水稻泡状细胞中扇型植硅体鱼鳞纹数量的增加与水稻驯化程度增强、以及农艺性状的增加相关，厘定了区分野生稻与驯化稻鱼鳞纹扇型植硅体比例的阈值，建立了水稻野生-驯化的判别标准。科研人员进一步利用植硅体分析方法，结合孢粉、炭屑、土壤微形态、粒度、磁化率、地貌调查、考古遗址14C人口概率密度分析和考古发掘等手段，对浙江浦江县上山遗址和龙游县荷花山遗址的考古地层-自然剖面开展系统研究。基于两个遗址高精度光释光年龄和植硅体14C年龄的贝叶斯模型，建立了距今约10万年以来连续的年代地层序列。通过对地层序列样品的系统分析，揭示了上山文化遗址区地层中水稻从野生到驯化的连续轨迹及其与人类活动、气候环境变化的关系。

研究表明，早在约10万年前，野生水稻就已经在长江下游地区分布，为后来的水稻利用、驯化提供了条件；大约在24000年前，气候开始进入寒冷的盛冰期，促使人类开始采集并利用野生稻，表明人类为适应寒冷的气候变化，探索新的食物来源；大约13000年前，人类有意或无意地对野生稻进行驯化前的栽培，开启了稻作农业起源漫长而复杂的过程；大约11000年前，驯化水稻植硅体比例迅速增加并达到驯化阈值，标志着东亚稻作农业的起源。此项研究表明，东亚稻作农业与西亚两河流域麦作农业的起源在时间上是同步的，是人类发展历史上的一个重要里程碑，大大深化了我们对世界农业起源格局的理解。

浙江上山文化遗址10万年以来从野生稻分布到最终驯化的连续证据，揭示了水稻与气候、人类活动和文化发展之间复杂的关系和漫长的水稻驯化过程。研究成果得到评审专家的高度评价，认为这一创新性的发现，是对人类与水稻协同演化研究的重要贡献，对理解人类社会的发展、农业文明的起源以及上山文化的重要性有着深远影响。

中国科学院地质与地球物理研究所张健平研究员为第一作者，吕厚远研究员为论文共同第一作者；吕厚远研究员、张健平研究员、浙江省文物考古研究所的蒋乐平研究员以及临沂大学的于禄鹏教授为共同通讯作者。北京大学、福建师范大学、山东大学、云南师范大学、河北师范大学、浦江县上山遗址管理中心、浦江县博物馆、龙游县博物馆、中国科学院大学等专家学者参加了合作研究。

相关知识：

植硅体（Phytolith）：是指高等植物在生长过程中，通过根系吸收可溶性二氧化硅、输送到茎、叶、果实等部位，在细胞间和细胞内沉淀下来，形成的非晶质二氧化硅颗粒。

栽培（Cultivation）：是指在人类的作用下，管理植物生长，不改变遗传性状。

驯化前栽培（Predomestication cultivation）：人类有意无意的管理植物生长，不改变野生植物遗传性状。

驯化（Domestication）：是指在人类的作用下，改变植物遗传性状，使其适应人工环境。

末次盛冰期（Last Glacial Maximum，简称LGM）：发生在距今约2.65万至1.9万年前，全球气候寒冷比现代要低5至10℃。海平面可能比现代低120-135米。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade4487