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青棵(hulless barley)幫助藏人往高處定居

筆者高中時曾經參加過救國團的谷關戰鬥營。據說營地的海拔大約是一千公尺左右,雖不至於引發高山症,但是,隨著營隊的進行,每天都有人流鼻血。到最後一天,筆者也流鼻血了。

不過是一千公尺的高度,就已經有這麼多人先後出狀況;當時筆者就想,如青藏高原(Tibetan Plateau)上的人,他們是怎麼適應高地氣候的呢?當時總以為「久了就好了」,不過最近的發現是,藏人帶有來自於丹尼索瓦人(Denisovans)的EPAS-1基因,這個基因使得他們可以適應高原環境(1)。

但是,要真能在高原定居,光是有基因是不夠的;如果無法建立農業生產,而只是停留在狩獵-採集(hunter-gatherer)形式的話,族群在該地便不會定居。

最近,結合了美國、英國以及中國大陸的研究團隊,在研究了53個古代藏人的遺址後,發現:原來藏人能夠在高海拔地區定居,完全得力於青棵(Hordeum vulgare Linn. var. nudum Hook.f.)。

他們發現,在五千二百年以及更久遠之前,藏人過著狩獵-採集的生活。當時他們為了追逐獵物,偶而會出現在海拔4300公尺的高山上。

在五千九百年前開始,有些藏人由黃河流域得到了小米(Foxtail millet,Setaria italica)與黍(broomcorn/proso millet,Panicum miliaceum),開始學著耕作。隨著小米的耕作慢慢的普遍,藏人開始由狩獵-採集轉為定居生活。但這段時期(五千二百年到三千六百年前),藏人定居的地方,是在海拔2500公尺以下的地區。推測原因,可能是由於小米無法抵擋高海拔地區的寒冬,所以那個時代的藏人都居住在海拔2500公尺以下。

小米(Foxtail millet)圖片來源:維基百科

黍(Proso millet)。圖片來源:維基百科
大約在三千六百年前,青棵(大麥的一種)傳入青藏高原。青棵的傳入,使得部分的藏人得以往更高地(海拔2500公尺以上)移動;研究團隊發現,在更高地的遺址中,幾乎不見小米與黍,而是由青棵取代了這兩種穀物。在較低地區則成為三種穀物(青棵、小米、黍)並行的狀態。在更高地,除了青棵以外,還有耐寒的小麥以及綿羊,伴隨著藏人度過春夏秋冬(2)。

青棵(大麥)。圖片來源:維基百科
青棵(大麥)最早在肥沃月彎(Fertile Crescent)馴化,由於它的成熟期比小麥短,又比較耐旱耐鹽,對肥份也不那麼挑剔,因此在肥沃月彎與雅典,尤其是在這兩個文明的後期,它也是重要的穀物。在青藏高原,由於高山上可種植季節相對縮短,此時成熟期較短又耐旱、耐鹽且耐寒的青棵,當然就當仁不讓地成為高地藏人的主食。雖然在近代大麥常被做為飼料,但對於釀造業來說,由於大麥有兩種澱粉酶(α-amylase以及β-amylase),可以讓澱粉分解得更快更完全,使啤酒釀造更順利。因此,大麥一直都是不可或缺的穀物(3)。最近的這個發現,當然使得大麥的「獲獎記錄」上,又增添了一筆。

這個發現使筆者想到,在Jared Diamond的「槍砲、病菌與鋼鐵」中提到的,農業要發源,除了要有人和土地之外,還需要有適當的穀物可種植。究竟為何藏人選擇了往更高處遷移與定居,或許已不可考;但考古的證據告訴了我們,或許藏人在三千六百年前開始,之所以能往海拔2500公尺以上的區域居住,青棵的貢獻絕對是不可忽視的。

(台大科教中心擁有此文版權,其他單位需經同意始可轉載)

 參考文獻:

1. 2014/7/5. 藏人高原基因 來自於遠古人種。 中央社。

2.F. H. Chen, G. H. Dong, D. J. Zhang, X. Y. Liu, X. Jia, C. B. An, M. M. Ma, Y. W. Xie, L. Barton, X. Y. Ren, Z. J. Zhao, X. H. Wu, M. K. Jones. 2014. Agriculture facilitated permanent human occupation of the Tibetan Plateau after 3600 BP. Science.

3. T.R. Sinclair,C.J. Sinclair. 2010. Bread, Beer and the Seeds of Change:Agriculture's Imprint on World History. ISBN:9781845937058

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為什麼「種豆南山下,草盛豆苗稀」?

陶淵明在「歸園田居」詩中,曾經提到「種豆南山下,草盛豆苗稀」。這首詩大家都很熟了,也是很受歡迎的國文教材,但是,有多少人認真去想為什麼「草盛豆苗稀」呢?難道只是因為陶淵明不會種田嗎?

雖然根據歷史的記載,「歸園田居」可能真的就是在他剛隱居的時候寫的(1);而在那時候,可能他的耕種技術也的確是還有待提升;不過筆者卻認為,從生物學的角度來看,「草盛豆苗稀」也不全是耕種技術的問題。

首先,我們來看一下氣候。陶淵明隱居的地點在潯陽柴桑,也就是現在的江西省九江市星子縣。當地是北緯29.44度,在北回歸線以北,屬於濕潤型亞熱帶氣候(2),1971-2000的年平均溫度為攝氏17.03度,每年四月就不再有攝氏零度以下的低溫(3)。雖然還是比臺灣偏北(台北市是北緯25.02度),大致上還是屬於溫和的氣候,植物的種類應該也不會相差太多。即使考慮近年來全球暖化的問題,應該也不會超過攝氏一度(4)。

在亞熱帶的台灣,夏天通常並不是植物茂盛生長的時期。為什麼呢?因為世界上90%的陸生植物是C3植物,這些植物在氣溫超過攝氏30度時,會因為光呼吸作用(photorespiration)造成水分的消耗大量上昇。C3植物(如大豆)在攝氏30度時,每抓一個二氧化碳分子就要消耗833個水(5),於是植物的生長速度就開始變慢。

不過,並不是所有的植物在夏天時生長速度都會變慢唷!有些植物,如玉米、甘蔗等,反而在夏天時長得特別好。為什麼呢?

原來玉米與甘蔗是所謂的C4植物,它們既耐熱又耐旱,跟C3植物比較起來,在攝氏30度時C4植物每抓一個二氧化碳的分子只消耗277個水(5),所以夏天的時候,它們的生長速度ㄧ點都不受影響呢!
說到這裡,讀者可能會想:什麼是C4植物?為什麼它們能夠既耐熱又耐旱呢?
所謂的C3、C4植物,指得是它們在光合作用上的不同。C3植物進行光合作用時,是由卡爾文循環(Calvin cycle)的酵素(RuBisCo,如圖二)直接抓取溶解在細胞中的二氧化碳,與核酮糖1,5-二磷酸(ribulose 1,5-bisphosphate,RuBP)進行反應;


而C4植物則在卡爾文循環上面,又增加了幾個步驟,而且這幾個步驟還跟卡爾文循環在不同的組織中進行呢(如圖三)!為什麼會這樣呢?


原來,C4植物多半都生活在亞熱帶或熱帶,在這些氣候區,植物進行光合作用時,會遇到一個大問題。

這個問題來自於卡爾文循環的第…

【原來作物有故事】麵包樹 熱帶果實引發電影傳奇

第一次聽到麵包樹的名字,是在小學的校園裡。當時老師說麵包樹雖然果實真的長得像麵包,但因為台北太冷了,原生於熱帶的它沒辦法在台北開花結果。

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麵包樹是桑科波羅密屬的多年生大型喬木,花為單性花,雌雄同株;果實是由30-68朵雌花所形成的多花果。麵包果通常在採收後五天到一週內食用最好吃,如果冷藏可以保存二到三週。

目前的研究認為麵包樹源自大洋洲新幾內亞、馬來半島、與西密克羅尼西亞。台灣的麵包樹原生於蘭嶼。在蘭嶼,麵包樹稱為“chipogo”,達悟族人用於製作船首、船尾板、坐墊,及住屋用的宗柱、主屋之踏腳板與木笠、木盤等用具,而分泌的乳白色汁液具黏性,可以當作粘接劑。

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通風報信的植物

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第二天他看到了令他不敢相信的結果:旁邊的阿拉伯芥的主根變長、而且還長出了不少側根。

於是他們做了更多測試。他們發現:旁邊有受傷的伙伴的小芥們,主根生長的速度大約…