粟米(Maize,又稱玉米)原產於美洲,隨著哥倫布「發現」新大陸後,由美洲被帶到西班牙,再於伊比利亞半島傳播。其後葡萄牙人將之帶到西非,粟米與西非的氣候和土壤一拍即合,自 16 世紀初起,粟米成為了非洲人的主要食糧。
植物會生病,粟米也不例外,其中一種俗稱「熱帶銹病(Topical Rust)」的疾病,是由名為 Puccinia polysora 的真菌所感染。之所以稱作「銹病」,是因為這種真菌會讓粟米的葉面長出像鐵銹的黃褐色斑點,而這種病害只會出現在熱帶地區。因此,它未曾在歐洲的伊比利亞半島出現過,亦因此,自歐洲傳入的粟米,也免受這真菌寄生之苦。
但因跨大西洋航空運輸發展,終於打破當地安寧。熱帶銹病悄然抵達非洲。生物學家一般認為,這銹病是在 1940 年代偶然引入的,從熱帶美洲再傳入的粟米棒,銹菌亦乘之而來。即使非洲的粟米已認不得銹菌,可是銹菌卻找到了它們的宿主,變成為一種「再遇寄生蟲(re-encounter parasite)」—— 因為它已經與主人分開了 4 個世紀,然後在新的地區再次相遇。
這種疾病在非洲熱帶地區極具破壞性,它損害粟米作物,就像 1840 年代時枯萎的歐洲馬鈴薯作物一樣脆弱,為對外來寄生蟲極端敏感的結果。當無意中引入寄生蟲時,居安已久的粟米便潰不成軍,受感染的粟米,除了長出銹斑,許多在能夠開花以前經已死亡。1952 年,銹菌進軍到東非的熱帶國家,肯亞,讓政府官員擔心會爆發嚴重饑荒。
根據早期在西非獲得的經驗,肯亞的一個科學家小組啟動了抗熱帶銹病配種計劃。他們使用當時公認的程序:首先尋找一種抗性遺傳基因的來源,進行配種。顯然他們無法在非洲找到這種基因,因此不得不從中美洲進口。
所謂的抗性遺傳基因,是在品種中能抵抗真菌或病毒的基因。抗性遺傳基因亦有分「垂直抗性」和「橫向抗性」。「垂直抗性」即是抵抗力來自單一的基因,為當時負責配種的科學家所鍾愛,因為只要找到某種抗性遺傳基因,再經配種產出具抗性的新品種,便有機會抵抗真菌侵害。可是,當時在肯亞,每每科學家配育出新的品種時,該銹菌總是能迅速地產出新的株系(strains)來感染它,他們的配種計劃始終無功而還。
然而,好消息出現了。首先是這種疾病的名字是真的,它確實局限於炎熱的熱帶氣候,赤道正好穿過肯亞中部。但在赤道,這種疾病在海拔 4,000 英呎以上的地區喪失了傳播能力。在海平面上,它在北迴歸線和南迴歸線的熱帶地區也失去傳播能力。當認識到高地粟米作物安全時,對重大饑荒的恐懼也迅速消退,因肯亞大多數人和大部分農業也位於海拔 4,000 英呎以上的高地。
接下來的好消息是,這種疾病的嚴重程度似乎在緩緩下降,直到首次出現大約 6、7 年後,它不再造成嚴重災害。在沒有任何植物配種者或植物病理學家的幫助之下,問題自行解決了。這歸功於粟米所積累的「橫向抗性」。所謂橫向抗性,即抗性由多組基因所產生,這些基因的抗性有高有低,意味著植物或不能完全抵抗疾病,亦不會完全因疾病而覆滅。存活粟米的種子繼而再繁殖,於在新一輪種植中,便多了一批稍具抗性的作物,年復一年的自然篩選,使到愈來愈多的粟米擁有足夠抗性,菌害結果減輕了。
當時有份參與肯亞研究的植物學家 Raoul Robinson 表示,若仔細分析這事件,對於植物配種學家來說,是珍貴的經驗。首先,它打破配種學家的固有想像,以為配育單一抗性基因是最有效的解決方法,但最終讓非洲粟米安然度過危機的,是自然積累的「橫向抗性」。在最初,粟米之所以失去對這種銹菌的抗性,是因為欠缺敵人蹤影,具抗性的基因一代一代自然消亡了,結果失散已久的敵人重臨時,便顯得不堪一擊。
Robinson 說:「大自然知得更多(Nature knows better)。」野生的病害系統中,自然的基因選擇在更高階及整體的層面發生,並不存在「局部最佳化(sub-optimisation)」。植物學家在培育具橫向抗性的農作物時,也必須從整體中入手,只著眼於單一的基因抗性機制並不足夠。
參考資料
- Raoul A. Robinson, 1996: Return to resistance. Breeding crops to reduce pesticide dependence.