地球能養(yǎng)活100億人嗎？只剩30年時間來尋找答案

所有父母都記得他們第一次抱著新生孩兒的那一刻，看著他們皺巴巴的小臉從醫(yī)院的毯子里露出來。我（本文作者查爾斯·曼恩 (Charles C.Mann)，《大西洋月刊》、《科學(xué)》以及《連線》雜志撰稿人）伸出雙手，把女兒抱在懷里。我太激動了，大腦里幾乎一片空白。后來，我在房間外面徘徊，這樣母親和孩子就可以休息了。

當(dāng)時正是新英格蘭2月下旬的凌晨三點。人行道上結(jié)滿了冰，空氣中飄著冰冷的細雨。當(dāng)我從路邊走出來的時候，一個念頭突然出現(xiàn)在我的腦海里：當(dāng)女兒到了我這個年齡時，地球上差不多將有100億人。我無法再保持淡定，地球如何能養(yǎng)活這么多人?

1970年，我就讀高中的時候，全球1/4的人處于饑餓狀態(tài)，聯(lián)合國今天稱之為“營養(yǎng)不良”。如今，這一比例已降至約1/10。在過去的40多年里，全球人類平均壽命增長了11年。更令人感到震驚的是，大部分壽命增長發(fā)生在貧困地區(qū)。在亞洲、拉丁美洲和非洲，數(shù)以億計的人從貧困中解脫出來，變成了中產(chǎn)階級。

這種致富并沒有以平均或公平的方式發(fā)生，依然有數(shù)以億計的人尚未步入富裕行列。然而，以前從未有過這種程度的幸福感飆升的先例。沒有人知道這種增長是否會繼續(xù)持續(xù)下去，也不清楚我們目前的富裕程度能否維持下去。

今天，世界上大約有76億居民。大多數(shù)人口統(tǒng)計學(xué)家認為，到2050年，這個數(shù)字將達到100億。大約到那個時候，我們的人口可能會開始趨于平穩(wěn)。作為一個物種，我們將會處于“更替水平”，即每對夫婦都有2個孩子來代替他們。經(jīng)濟學(xué)家們表示，世界的發(fā)展仍應(yīng)繼續(xù)，無論如何不均衡。這意味著，當(dāng)女兒和我同齡時，世界上的100億人中將有相當(dāng)一部分屬于中產(chǎn)階級。

和其他父母一樣，我希望我的孩子們在成年后能過得舒服些。但在醫(yī)院的停車場，這似乎不太可能。我想，地球有100億張嘴巴需要供養(yǎng)，其中包括30億中產(chǎn)階級，地球如何能滿足他們的胃口?但這只是問題的一部分。完整的問題是：我們?nèi)绾文茉诓黄茐牡厍蛞司迎h(huán)境的情況下，為每個人提供令他們滿意的服務(wù)?

激烈競爭

在我的孩子們的成長的過程中，我利用作為記者的優(yōu)勢，不時地與歐洲、亞洲和美洲的專家討論這些問題。隨著對話的積累，他們反應(yīng)似乎分成了兩大類，這些觀點或多或少地與兩名美國人——威廉·沃格特（ William Vogt）和諾曼·博洛格（Norman Borlaug）的觀點相關(guān)。雖然沃格特與博洛格互相不認識，對彼此的工作也不怎么關(guān)心，但他們在很大程度上創(chuàng)建了基本的知識藍圖，世界各地的機構(gòu)今天都在利用這些藍圖來理解我們的環(huán)境困境。不幸的是，他們的藍圖為人類生存問題提供了截然不同的答案。

沃格特出生于1902年，他為現(xiàn)代環(huán)保運動奠定了基本的思想基礎(chǔ)。特別是，他創(chuàng)立了漢普郡大學(xué)人口研究人員貝特西·哈特曼（Betsy Hartmann）所說的“末日環(huán)境保護主義”，認為除非人類能夠大幅減少消費和限制人口，否則將破壞全球生態(tài)系統(tǒng)。在暢銷書和演講中，沃格特認為，財富不是我們最大的成就，而是我們最大的問題。他曾說過，如果我們繼續(xù)超過地球所能給予的極限，那么不可避免的結(jié)果將是全球范圍內(nèi)的破壞。他的口號就是“減少再減少”。

博洛格比沃格特晚出生12年，他已經(jīng)成為“技術(shù)樂觀主義”的象征。持這種觀點的人認為，只要正確應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)，我們就可以走出困境。在20世紀(jì)60年代的“綠色革命”研究中，博洛格是最知名的人物。所謂的“綠色革命”是指將高產(chǎn)作物品種和農(nóng)藝技術(shù)相結(jié)合，增加世界各地的糧食產(chǎn)量，幫助避免數(shù)千萬人因饑餓而死亡。對博洛格來說，富裕不是問題，而是解決方案。只有人們變得更加富有和知識淵博，人類才能創(chuàng)造出解決環(huán)境困境的科學(xué)。

兩人都認為自己在使用新的科學(xué)知識來面對地球危機，只是觀點截然相反。對于博洛格來說，人類的創(chuàng)造力是解決我們所面臨問題的方法。舉個例子，他認為通過使用“綠色革命”中的先進方法來提高土地的產(chǎn)量，農(nóng)民們就不必再種植那么多土地了，這一想法被研究者們稱為“博洛格假說”。

而沃格特的觀點正好相反：他認為解決辦法是利用生態(tài)知識來縮小土地種植規(guī)模。與其種植更多的谷物來幫助生產(chǎn)更多的肉類，人類應(yīng)該在食物鏈上吃得更少，以減輕地球生態(tài)系統(tǒng)的負擔(dān)。這就是沃格特與他的前任羅伯特·馬爾薩斯(Robert Malthus)觀點不同的地方，馬爾薩斯曾預(yù)言，社會將不可避免地耗盡糧食，因為他們總是生養(yǎng)太多的孩子。沃格特改變了這個觀點，他認為我們也許能夠種植出足夠的食物，但代價是破壞了世界的生態(tài)系統(tǒng)。

我將這兩個觀點的追隨者分別稱為“巫師”和“先知”。在博洛格思想的指導(dǎo)下，“巫師”們揭開了技術(shù)的面紗。而在沃格特的啟發(fā)下，“先知”們譴責(zé)我們的魯莽帶來的后果。沃格特與博洛格在相同的軌道上并行了幾十年，但很少相互承認。20世紀(jì)40年代中期，他們的第一次和唯一一次會面產(chǎn)生出現(xiàn)分歧，隨后沃格特試圖阻止博洛格的工作。據(jù)我所知，他們后來從未說過話。

雖然沃格特和博洛格都在公共場合提到過對方的想法，但從來沒有提到過名字。相反，沃格特駁斥了那些“自欺欺人”的科學(xué)家，稱他們實際上是在加劇我們面臨的問題。博洛格稱他的對手是“勒德分子”（Luddites，即害怕或者厭惡技術(shù)的人）。

盡管沃格特和博洛格現(xiàn)在都已經(jīng)去世，但他們的門徒之間的爭論卻變得更加激烈。“巫師”們認為“先知”奉行的理論不夠誠實，對窮人漠不關(guān)心，甚至屬于種族主義者(因為世界上大多數(shù)饑餓的人都是非白種人)。他們認為這是一條通向回歸狹隘、貧窮和饑餓的道路。在這樣的世界里，盡管科學(xué)知識可以解放他們，但數(shù)十億人仍生活在苦難之中。

而“先知”們嘲笑“巫師”對人類足智多謀太自信，甚至認為這是由貪婪驅(qū)使的(因為拒絕超越生態(tài)限制將會削減公司利潤)。“先知”們認為，高強度的、博洛格式的工業(yè)農(nóng)業(yè)，短期內(nèi)可能會有取得回報，但是從長遠來看，將會使生態(tài)環(huán)境變得更加艱難。由于過度使用土地而導(dǎo)致的水土流失，將導(dǎo)致環(huán)境崩潰，進而引發(fā)世界范圍內(nèi)的社會動蕩。對此，“巫師”們回答：這正是我們要預(yù)防的全球人道主義危機!

隨著相互指責(zé)不斷升級，有關(guān)環(huán)境的對話變成了“獨白”，雙方都不愿與對方接觸。如果我們不討論孩子們的命運，雙方也許都是對的。

地獄之路

沃格特在1948年被載入歷史，當(dāng)時他出版了《通往生存之路》（Road to Survival），這是我們第一本現(xiàn)代版的“通往地獄之書”。它包含了當(dāng)今環(huán)境運動的基本論點——承載能力，也通常被稱為“生態(tài)極限”或“行星邊界”。承載能力假定，每個生態(tài)系統(tǒng)都有其所能產(chǎn)生的極限。超過這個限度太久，生態(tài)系統(tǒng)就會遭到破壞。隨著人類數(shù)量的增加，《通往生存之路》中說，我們對食物的需求將超過地球的承載能力，結(jié)果將是災(zāi)難性的:侵蝕、沙漠化、土壤衰竭、物種滅絕和水污染，這遲早會導(dǎo)致大規(guī)模的饑荒。

像蕾切爾·卡森(Rachel Carson，《寂靜的春天》（Silent Spring）作者，沃格特的朋友)和保羅·埃利希(Paul Ehrlich，《人口爆炸》的作者)這樣的作家所接受的，沃格特關(guān)于超越極限的闡述成為了當(dāng)今全球范圍內(nèi)環(huán)境保護運動的源泉，這是上個世紀(jì)以來唯一持久的意識形態(tài)。

威廉·沃格特（William Vogt)

當(dāng)《通往生存之路》出版時，博洛格還只是一名年輕的植物病理學(xué)家，致力于改善墨西哥農(nóng)業(yè)。該項目由洛克菲勒基金會(Rockefeller Foundation)贊助，致力于幫助墨西哥貧困的玉米農(nóng)民。博洛格在墨西哥做了個涉及小麥的小項目，研究黑色莖銹?。ㄒ环N真菌），它是小麥最古老、最難對抗的疾病。在美國，寒冷通常會殺死莖銹病，但它經(jīng)常出現(xiàn)在溫暖的墨西哥，每年春天的大風(fēng)都會把它刮過邊境，重新感染美國的麥田。

作為唯一一個從事小麥研究工作的洛克菲勒研究人員，博洛格得到的資助很少，因此他不得不連續(xù)幾個月睡在棚子和田地里。但是他在50年代中期成功培育出了對許多銹病有抗性的小麥。不僅如此，他還發(fā)明了比普通小麥矮小得多的品種，即所謂的“半矮子”小麥。過去，當(dāng)小麥被大量施肥時，生長得很快，但莖長得細長，在風(fēng)中很容易折斷，那些不能重新挺直身子的麥株會腐爛死去。

而博洛格培育的矮小粗壯小麥可以吸收大劑量的肥料，并將額外的營養(yǎng)輸送給谷物而不是根或莖中。在早期的試驗中，農(nóng)民有時收獲的小麥?zhǔn)瞧胀ㄌ锏氐?0倍。小麥產(chǎn)量得到大幅提升，以至于美國國際開發(fā)署(USAID)的官員在1968年將之稱為“綠色革命”(Green Revolution)，從而為20世紀(jì)的發(fā)展指明了方向。

諾曼·博洛格（Norman Borlaug)

綠色革命在亞洲的影響最為顯著，1962年，洛克菲勒基金會和福特基金會在菲律賓開設(shè)了國際水稻研究所（IRRI）。當(dāng)時，至少半數(shù)的亞洲人生活在饑餓和物質(zhì)匱乏之中，許多地方的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量停滯或下降。IRRI希望研究人員開發(fā)出新的高產(chǎn)水稻品種，以迅速改變亞洲。在博洛格的領(lǐng)導(dǎo)下，IRRI團隊開發(fā)出西的水稻品種，它們在20世紀(jì)70年代和80年代席卷亞洲，幾乎使水稻產(chǎn)量增加了2倍。如今，亞洲種植的水稻中，超過80%來自IRRI。

亞洲大陸的人口激增，而且亞洲男性、女性和兒童的平均消耗量比IRRI建立時提高了30%。在首爾、上海、齋浦爾和雅加達，有閃閃發(fā)光的摩天大樓、昂貴的酒店、擁擠不堪的街道以及霓虹燈，所有這些都是在實驗室培育的水稻基礎(chǔ)上建造起來的。

“先知”反駁了嗎?承載能力是幻想嗎?不。正如沃格特所預(yù)測的那樣，生產(chǎn)力的巨大增長導(dǎo)致了巨大的環(huán)境破壞：排干的含水層、化肥徑流、水生死亡區(qū)、退化和漬水的土壤。更糟糕的是，生產(chǎn)力的快速增長使得農(nóng)村土地變得更有價值。突然之間，許多地方的貧窮農(nóng)民被從土地上趕走了。“先知”們認為，綠色革命只是推遲了饑餓危機。這只是一次性的“幸運突破”，而不是永久性的解決方案。正如“先知”所說，我們不斷增長的人口和財富意味著，我們的收獲將不得不再次“跳躍式增加”，就像“巫師”們所說的第二次綠色革命。

盡管2050年的全球人口僅比現(xiàn)在增加25%，但大多數(shù)預(yù)測認為，農(nóng)民將不得不將糧食產(chǎn)量提高50%至100%。最主要的原因是，人們對奶酪、奶制品、魚類，特別是肉類的需求增加了，而與種植和食用植物相比，飼養(yǎng)動物需要更多的土地、水源以及能源。未來數(shù)十億人將會消耗掉多少肉幾乎是不可預(yù)測的，但如果他們與今天的西方人一樣大量食肉，那么這項任務(wù)將是艱巨的。而且，“先知”們警告說，為了滿足世界對漢堡和培根的渴望，地球上也將迎來更多災(zāi)難：風(fēng)景變得滿目瘡痍、可用水源和土地越來越少，貧窮國家數(shù)以百萬計的農(nóng)民將無法生存。

要做什么嗎?第一次綠色革命中可用的許多策略已經(jīng)不復(fù)存在。農(nóng)民不能種植更多的土地，因為幾乎所有可開墾的耕地都已經(jīng)被使用。肥料的使用也不能再增加，現(xiàn)在它已經(jīng)被過度使用。除了非洲的某些地方，這些化肥徑流正在污染河流、湖泊和海洋。灌溉也不能再大規(guī)模擴展，因為大部分可以灌溉的土地已經(jīng)被灌溉了。“巫師”們認為，最好的辦法是利用基因改造來創(chuàng)造更高產(chǎn)的作物。而“先知”們認為，這是進一步壓榨地球承載能力的途徑。我們必須朝相反的方向走，他們希望少用土地，少浪費水，停止將化學(xué)物質(zhì)倒入土地和水中。

人類仿佛被擠進了一輛正穿越迷霧的公共汽車，而前方某處就是懸崖，人類的災(zāi)難性命運很難逆轉(zhuǎn)。沒有人確切地知道懸崖在哪里，但每個人都知道，在某個時刻，公共汽車必須要轉(zhuǎn)彎。問題是，“巫師”和“先知”們就何時轉(zhuǎn)向存在分歧。每個人都確信，遵循別人的想法會把公共汽車送上懸崖。當(dāng)他們爭論不休時，車上的乘客數(shù)量卻在不斷增加。

氮的故事

幾乎每個人每天都要吃東西，但是我們中很少有人會去想這是怎么發(fā)生的。如果在學(xué)校需要了解農(nóng)業(yè)歷史，更多的人可能會知道賈斯特斯·凡·李比希（Justus von Liebig）的名字，他在19世紀(jì)中葉確定土壤中的氮含量控制著植物生長的速度。雖然科學(xué)歷史學(xué)家指控李比希偽造數(shù)據(jù)和竊取他人的想法，但不可否認他也是個有遠見的人，他深刻地改變了人類與自然的關(guān)系。

李比希想象出一種新型農(nóng)業(yè)，認為農(nóng)業(yè)是化學(xué)和物理的分支。土壤只是農(nóng)作物扎根所需的物理屬性基礎(chǔ)，而倒入含氮化合物（工廠生產(chǎn)的肥料）會自動產(chǎn)生巨大的收獲。在今天的條件下，李比希朝著化工農(nóng)業(yè)的方向邁出了第一步，這也是“巫師”們的早期想法。但是，沒有明顯的方法來制造供植物生長的含氮物質(zhì)。直到第一次世界大戰(zhàn)，兩名德國化學(xué)家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）和卡爾·博施（Carl Bosch）才找到方法。

哈伯和博施后來獲得諾貝爾獎，他們的“哈柏-博施制氨法”可以說是20世紀(jì)最重要的技術(shù)創(chuàng)新。如今，世界上幾乎所有的合成肥料都根據(jù)“哈柏-博施制氨法”生產(chǎn)的。超過1%的世界工業(yè)能源都投入到了這一領(lǐng)域。未來學(xué)家拉姆茲·納姆（Ramez Naam）指出：“那1%大約讓世界糧食產(chǎn)量增加了1倍。”

環(huán)境科學(xué)家瓦克拉夫·斯邁爾（Vaclav Smil）估計，按照哈柏-博施制氨法制造的氮肥為“世界近45%的人口提供普遍飲食”。超過30億男人、女人和孩子因為這兩位不知名的德國化學(xué)家而生存下來。

在獲得巨大收獲的同時，化肥帶來的破壞也是不容忽略的。在過去的60年里，大約40%的化肥并沒有被植物吸收。相反，它們被沖入河流，或以一氧化二氮的形式滲入到空氣中。肥料被沖進水里，促使藻類、雜草和其他水生生物瘋狂生長。當(dāng)它們死亡時，它們會沉入河流、湖泊或海洋的底部，那里的微生物會吃掉它們的殘骸。這些微生物在死亡海藻和雜草中生長，它們吸干深水中的氧氣，殺死了大部分其他生命。

每年夏天，中西部農(nóng)場的大量氮肥從密西西比河流入墨西哥灣，形成一個“氧氣沙漠”，在2016年它覆蓋了超過1.8萬平方公里的面積。第二年，在印度東海岸的孟加拉灣，一個更大的死亡區(qū)形成。從肥料中上升到空氣中，一氧化二氮是造成污染的主要原因。在平流層中，它結(jié)合并中和了地球的臭氧，而臭氧可通過阻擋致癌的紫外線來保護地球表面的生命?？茖W(xué)作家奧利弗·莫頓（Oliver Morton）認為，如果不是因為氣候變化，“氮帝國”的擴張可能成為我們最大的生態(tài)擔(dān)憂。

在哈伯和博施成為諾貝爾獎獲得者之前，對“氮帝國”的強烈抵制就出現(xiàn)了。其領(lǐng)袖是名叫阿爾伯特·霍華德(Albert Howard, 1873-1947)的英國農(nóng)場男孩，他的大部分職業(yè)生涯都是英國駐印度的帝國經(jīng)濟植物學(xué)家?；羧A德和他的妻子、劍橋大學(xué)植物生理學(xué)家加布麗爾(Gabrielle)在印度培育小麥和煙草新品種，開發(fā)新型的犁，并測試給牛提供超級健康飲食導(dǎo)致的結(jié)果。

在第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束時，霍華德確信土壤不僅僅是化學(xué)添加劑的基礎(chǔ)。這是個復(fù)雜的生活系統(tǒng)，需要在植物和動物糞便中混合各種各樣的營養(yǎng)物質(zhì)，包括收集剩菜和肥料。霍華德夫婦在他們所謂的“回歸法則”（Law of Return）中總結(jié)了他們的觀點:“忠實的回歸到所有可用蔬菜、動物和人類廢物的土壤中。”我們依賴植物，植物依賴土壤，土壤則依賴于我們?；羧A德1943年發(fā)表的《農(nóng)業(yè)圣經(jīng)》（Agricultural Testament）成為了有機運動的創(chuàng)始源泉。

“巫師”們攻擊霍華德和杰羅姆·羅戴爾（Jerome I. Rodale），后者是紐約出生的企業(yè)家、出版商、劇作家、園藝?yán)碚摷液褪称费芯繂T，他通過書籍和雜志來宣傳霍華德的思想，但他們都被批評像是江湖騙子和瘋子。的確，他們的熱情受到了近乎宗教信仰的、限制自然秩序的啟發(fā)。但當(dāng)霍華德稱贊土壤的活性時，他指的是土壤生物的社區(qū)，植物根系之間的動態(tài)關(guān)系，腐殖質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)等。所有這一切都是真實的，而當(dāng)李比希在化工農(nóng)業(yè)背后形成基本思想時，這一切卻都是未知的。

霍華德在他的許多書和演講中聲稱，化工農(nóng)業(yè)正在使農(nóng)村人口減少，并擾亂了一種古老的生活方式，盡管他的反對者不同意他的觀點，認為這是一件壞事。如今，“先知”們對化工農(nóng)業(yè)耗盡土壤的擔(dān)憂似乎有先見之明：2011年聯(lián)合國糧農(nóng)組織的一項具有里程碑意義的研究得出結(jié)論，世界上1/3的耕地都被破壞了。

最初，調(diào)和這兩種觀點似乎是有可能的。人們可以想象，博洛格派的“巫師”會考慮肥料和其他自然土壤輸入，而沃格特派的“先知”們愿意使用化學(xué)物質(zhì)作為良好土壤實踐的補充。但這種情況并沒有發(fā)生。雙方互相辱罵，關(guān)系進一步疏遠。他們發(fā)起了一場持續(xù)到21世紀(jì)的戰(zhàn)斗，并且隨著轉(zhuǎn)基因作物的普及而變得更加激烈。這場戰(zhàn)斗不僅僅是兩種理念、兩種技術(shù)手段、兩種思考如何最好地為不斷增長的人口增加糧食供應(yīng)的方法之間的碰撞，也是關(guān)于我們所選擇的工具能否確保地球生存或加速其毀滅的檢驗。

進化本源

雖然所有的“巫師”都擁護合成肥料，而“先知”們卻在譴責(zé)它，但他們卻存在同樣的無知：沒有人知道為什么植物如此依賴氮。直到第二次世界大戰(zhàn)之后，科學(xué)家們才發(fā)現(xiàn)植物之所以需要氮，主要是為了制造名叫二磷酸核酮糖氧合酶（rubisco）的蛋白質(zhì)，這是光合作用里相互作用舞蹈中的女主角。在光合作用中，就像孩子們在學(xué)校里學(xué)習(xí)那樣，植物利用太陽的能量分解二氧化碳和水，并將它們的成分混合到需要的化合物中，從而形成根、莖、葉和種子。二磷酸核酮糖氧合酶是一種酶，它在這個過程中起著關(guān)鍵作用。

酶是生物催化劑，它就像橫穿馬路的行人導(dǎo)致汽車事故那樣，酶也會引起生化反應(yīng)，但這些反應(yīng)的性質(zhì)不會發(fā)生改變。二磷酸核酮糖氧合酶從空氣中吸收二氧化碳，并將其插入到光合作用的大漩渦中，然后再返回。因為這些運動是光合作用的中心，光合作用需要跟隨二磷酸核酮糖氧合酶的速度進行。

按生物標(biāo)準(zhǔn)來說，二磷酸核酮糖氧合酶就像是懶漢或懶骨頭、“沙發(fā)土豆”。典型的酶分子會催化成千上萬的反應(yīng)，而二磷酸核酮糖氧合酶分子只會讓自己參與兩三個反應(yīng)。更糟糕的是，二磷酸核酮糖氧合酶是無能的。每五次反應(yīng)中就有兩次，二磷酸核酮糖氧合酶用氧氣代替二氧化碳，導(dǎo)致光合作用鏈斷裂，被迫重新啟動，浪費能源和水。

幾年前，我和多名生物學(xué)家討論光合作用。對于二磷酸核酮糖氧合酶，沒有人為它說好話。一位研究人員說：“它幾乎是世界上最糟糕、最無能的酶。”另一人則說：“它不是最好的進化努力。”為了克服二磷酸核酮糖氧合酶的懶散和笨拙，植物需要大量制造它，而這需要大量的氮。在許多植物的葉子中，有半數(shù)蛋白質(zhì)（按重量計算）是二磷酸核酮糖氧合酶，它通常被認為是世界上最豐富的蛋白質(zhì)。據(jù)估計，對于植物和微生物來說，相當(dāng)于地球上的每個人都含有超過5公斤的二磷酸核酮糖氧合酶。

人們認為，進化應(yīng)該會改善二磷酸核酮糖氧合酶。雖然似乎沒有這樣的運氣，但它確實產(chǎn)生了一種工作機制：C4光合作用(C4是指四碳分子)。這是一種生物化學(xué)的組裝技術(shù)，同時也是催生植物生長的聰明機制，C4光合作用是對葉片解剖并進行大規(guī)模重組的過程。當(dāng)二氧化碳進入C4葉片時，它最初不是被二磷酸核酮糖氧合酶捕獲，而是被一種不同的酶所捕獲，后者利用它形成一種化合物，然后被泵入到葉子深處、由二磷酸核酮糖氧合酶填充的特殊細胞中。這些細胞里幾乎沒有氧氣，所以二磷酸核酮糖氧合酶輕易不會抓錯分子。

最終的結(jié)果是與普通光合作用一樣產(chǎn)生糖、淀粉和纖維素，只不過速度要快得多。C4植物比普通植物需要更少的水和肥料，因為它們不會在二磷酸核酮糖氧合酶的錯誤上浪費水。在讓生物學(xué)家們注意到的趨同現(xiàn)象中，C4光合作用已經(jīng)獨立出現(xiàn)了60多次。玉米、滾草、雜草、甘蔗和百慕大草這些差異很大的植物都進化出了C4光合作用。

從植物學(xué)角度看，來自世界各地的科學(xué)家正試圖將水稻轉(zhuǎn)化為C4植物，這種植物生長速度更快，需要的水和肥料更少，糧食產(chǎn)量也更高。這個項目的大膽令人感到震驚，因為大米是世界上最重要的糧食作物，是全球一半以上人口的主要糧食作物，這種食物在亞洲文化中根深蒂固，特別在中國和日本，大米幾乎就是飯的同義詞。

沒人能預(yù)測出，農(nóng)民在2050年將需要增加多少大米，但估計增長幅度要達到40%。受人口數(shù)量增加和財富增加的影響，它允許以前的窮人用大米取代小米和紅薯作為主食。與此同時，由于城市擴張，河流干涸，農(nóng)民轉(zhuǎn)而種植利潤更高的作物，以及氣候變化造成農(nóng)田沙漠化等，種植水稻的土地正在減少。缺乏水稻將是一場人類災(zāi)難，其后果將波及全球。

C4水稻聯(lián)盟試圖確保這種情況不會發(fā)生。該機構(gòu)獲得比爾和梅林達·蓋茨基金會(Bill & Melinda Gates Foundation)的資助，進行著世界上最雄心勃勃的基因工程項目。但“基因工程”這個術(shù)語并不足以概述這個項目。

在新聞報道中出現(xiàn)的“基因工程”通常涉及到大公司將個別包裝的基因材料(通常是外來物種)植入作物中，最典型的例子就是Monsanto公司的Roundup Ready大豆，它含有來自路易斯安那州廢水池中的細菌DNA片段。這個片段使植物在其葉子和莖中含有一種化合物，從而阻斷了Monsanto公司廣泛使用的除草的影響。外來基因讓農(nóng)民們在他們的大豆田里噴灑除草劑，殺死雜草，但卻不會傷害到莊稼。除了產(chǎn)生一種無味、無毒的蛋白質(zhì)外，Roundup Ready大豆與普通大豆完全相同。

C4水稻聯(lián)盟正試圖利用大米與典型轉(zhuǎn)基因作物相似的特性，以同樣的方式對付米蟲。科學(xué)家們正在嘗試重新進行光合作用，這是生命中最基本的過程之一，而不是為了實現(xiàn)種子貨幣化而對單個基因進行修補。因為C4在許多不同的物種中都有進化，科學(xué)家認為大多數(shù)植物肯定有休眠C4基因。他們希望水稻就是其中之一，而且該協(xié)會能夠識別并喚醒它的休眠C4基因，這在之前的進化過程中已經(jīng)經(jīng)歷了很多次。

最理想的情況是，研究人員會打開已經(jīng)在水稻中大量休眠的遺傳物質(zhì)，或使用與近親相似但更容易合作的相關(guān)物種基因，從而創(chuàng)造出更高產(chǎn)的新物種，比如說普通大米將會變成別的東西。沒有公司會從結(jié)果中獲利，國際水稻研究所(（大部分水稻研究都是在那里進行的）將提供轉(zhuǎn)基因作物種子，就像綠色革命水稻(Green Revolution Rice)一樣。

當(dāng)我訪問位于馬尼拉市中心東南的IRRI時，許多人都在做科學(xué)最擅長的事情：把一個問題分解成一個個小碎片，然后再去解決這些碎片。有些人在培養(yǎng)皿中培育水稻，另一些人則試圖在現(xiàn)有的水稻品種中尋找可能有用的變異。還有一些人在研究名為狗尾草的C4植物。在實驗室里，狗尾草快速生長，并能在土壤中生長。

在實驗室里，對狗尾草進行試驗比對水稻更容易。在不同品種的生長速率中，在生物化學(xué)標(biāo)記的傳播中，有些實驗可以測量光合化學(xué)物質(zhì)的差異。六個穿著白大褂的人在一張大桌子上分揀種子。更多的人在外面的田地里，照料著實驗稻田。當(dāng)代生物學(xué)的所有應(yīng)用都需要證據(jù)支持：平板顯示器、嗡嗡作響的冰箱和冷凍箱、擺滿了重新組合的燒杯。美國研究生在食堂里閑聊，窗戶外面是成排的空調(diào)機。

為C4水稻聯(lián)盟提供指導(dǎo)的是簡·朗戴爾（Jane Langdale），她是牛津大學(xué)植物科學(xué)系的分子遺傳學(xué)家。朗戴爾表示，最初的研究表明，大約有十幾個基因在葉片結(jié)構(gòu)中起著重要作用，也許另外10個基因在生物化學(xué)中扮演著同樣的角色。所有這些都必須在以不影響植物現(xiàn)有的、令人滿意的品質(zhì)的條件下被激活，并使基因能夠協(xié)調(diào)它們的行動。接下來，同樣艱巨的任務(wù)是培育水稻品種，將C4光合作用提供的額外增長轉(zhuǎn)化為額外的米粒，而不是根或莖。在亞洲、非洲和拉丁美洲，所有的品種都必須具有抗病能力，易于種植，而且適合他們的目標(biāo)受眾。

朗戴爾說:“我認為這一切都可能發(fā)生，但也可能不會。”她很快指出，即使C4水稻遇到不可逾越的障礙，它也不是唯一的生物試驗。自我施肥的玉米，可以在鹽水中生長的小麥，增強的土壤-微生物生態(tài)系統(tǒng)等都處于研究中。這些項目中任何一個成功的可能性都很小，這個想法是可行的，因為所有這些項目失敗的幾率也都同樣小。在朗戴爾看來，博洛格的魔法過程仍然很強大。

勒德分子的瘋狂

只要“巫師”和“先知”們一直在爭論如何養(yǎng)活世界，“巫師”們就會指責(zé)“先知”式的農(nóng)業(yè)根本不能為明天生產(chǎn)足夠的食物。在過去的20年里，數(shù)十個研究小組對化工和有機農(nóng)業(yè)的相對貢獻進行了評估。反過來，這些調(diào)查也被收集起來并受到評估，這是一個充滿困難的過程：研究人員使用不同的有機定義，比較不同種類的農(nóng)場，并在分析中包含不同的成本。

盡管如此，我所知道的每一種結(jié)合和比較數(shù)據(jù)的嘗試都表明，與“巫師”風(fēng)格的農(nóng)場相比，“先知”式的農(nóng)場產(chǎn)出的熱量更少，有時是少一點點，有時則少的相當(dāng)多。如果農(nóng)民們必須種植兩倍的糧食來養(yǎng)活100億人，那么遵循霍華德爵士的生態(tài)系統(tǒng)規(guī)則就會束縛他們的雙手。

“先知”們對這種邏輯嗤之以鼻。在他們看來，以產(chǎn)生的熱量多少來評估農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是愚蠢的。它沒有包括沃格特所確定的成本：化肥徑流、流域退化、土壤侵蝕和壓實，以及殺蟲劑和抗生素的過度使用。它也沒有將農(nóng)村社區(qū)受到的破壞計入其中，沒有考慮食物的美味和營養(yǎng)。“巫師”們回應(yīng)說，C4水稻將使用更少的肥料和水來生產(chǎn)熱量，這將比傳統(tǒng)作物對環(huán)境更好。“先知”們說，這就像用更少的汽油澆滅火焰一樣，只需要少吃肉!

對“巫師”們來說，讓農(nóng)場以一種模仿自然生態(tài)系統(tǒng)的方式實現(xiàn)多樣化的想法是胡扯，只有高度集約化、工業(yè)規(guī)模的農(nóng)業(yè)才會使用具有超級生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)基因作物來養(yǎng)活明天的世界。生產(chǎn)力?“先知”回答，我們有自己的“瘋狂計劃!”事實上，他們確實做到了。

小麥、水稻、玉米、燕麥、大麥、黑麥和其他常見的谷物都是一年生植物，每年都需要重新種植。與此相反，用來填充大草原的野草是多年生植物，每年夏季都會復(fù)生，壽命長達10年。因為多年生草本植物的根系深入地下，它們能更好地控制土壤，較少依賴于地表雨水和營養(yǎng)物質(zhì)（即灌溉和人工肥料）。

此外，多年生草本植物的抗病能力也更強。它們不需要每年春天都建立新的根系，多年生植物可更早更快地從土壤中生長出來。因為它們不會在冬季死亡，在秋季繼續(xù)維持光合作用。實際上，它們的生長季節(jié)更長。它們年復(fù)一年地生產(chǎn)糧食，更不容易導(dǎo)致水土流失。“先知”們說，它們可能和“綠色革命式”的谷物一樣多產(chǎn)，但卻不會破壞土地，吸收稀缺的水資源，或者需要大量污染和能源密集型的肥料。

與博洛格在墨西哥的計劃相類似，這個國家最古老的有機農(nóng)業(yè)研究組織——羅戴爾研究所在上世紀(jì)80年代末收集了250份中間體麥草(Thinopyrum intermedium)樣品。這種麥草是一種面包小麥的近親，在20世紀(jì)30年代作為農(nóng)場動物飼料從亞洲引入西半球。與美國農(nóng)業(yè)部的研究人員合作，羅戴爾研究所的植物育種先驅(qū)、農(nóng)業(yè)研究人員佩吉·瓦格納（Peggy Wagoner）種植了樣品，測量了它們的產(chǎn)量，并對表現(xiàn)最好的植株進行雜交，試圖使其成為一種具有商業(yè)可行性的多年生植物。

瓦格納和羅戴爾研究所于2002年將研究項目交給了堪薩斯州Salina的土地研究所，這是個非盈利的農(nóng)業(yè)研究中心，致力于用類似自然生態(tài)系統(tǒng)的過程來取代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。土地研究所與其他研究人員合作，從那時起始終在培育新型麥草。它甚至給它的新品種中級麥草起了一個貿(mào)易名稱：Kernza。和C4水稻一樣，這種麥草可能無法滿足其創(chuàng)始人的希望。麥草粒的大小是麥粒的1/4，有時甚至更小，并且有較厚的麥麩。

麥草不像小麥，它以十分濃密的方式生長覆蓋住田野。茂密的植被可以保護土壤，防止雜草生長，但也減少了植物產(chǎn)生的糧食數(shù)量。為了使麥草對農(nóng)民更有用，育種者必須增加麥草粒的尺寸，改變植物結(jié)構(gòu)，提高其面包制作質(zhì)量。工作進展緩慢，因為麥草是多年生植物，它必須經(jīng)過幾年的評估，而不是一個季節(jié)就可完成。這個土地研究所希望在本世紀(jì)20年代能有兩倍于目前麥粒大小的麥草粒，但無法保證成功。

馴化麥草是一項長期的游戲。其他植物育種者始終在嘗試一條捷徑：創(chuàng)造一種面包小麥和麥草的雜交品種，希望能將前者的高產(chǎn)與后者的抗病性、多年生生命周期結(jié)合起來。在20世紀(jì)中期以來，北美、德國和蘇聯(lián)的生物學(xué)家們都在致力于培育出有用的雜交品種，幾十年來卻始終未能成功。隨著生物學(xué)的發(fā)展，土地研究所和太平洋西北部地區(qū)、澳大利亞的研究人員在本世紀(jì)初重新開始培育計劃。

當(dāng)我拜訪華盛頓州立大學(xué)的史蒂芬·瓊斯（Stephen S. Jones）時，他和同事們剛剛為新開發(fā)的、經(jīng)過測試的雜交產(chǎn)品提出了一個科學(xué)名稱——Tritipyrum aaseae，這個物種的名字是為了紀(jì)念先驅(qū)谷物遺傳學(xué)家漢娜·阿斯（Hannah Aase）。還有很多工作，瓊斯告訴我，他希望Tritipyrum aaseae可以為我女兒的孩子們準(zhǔn)備面包。

農(nóng)業(yè)是一種有用的苦差事，應(yīng)該盡可能地減少，以最大限度地實現(xiàn)個人自由。非洲和拉丁美洲的研究人員在聽到這些項目時直撓頭。布基納法索薩赫勒地區(qū)的國家間抗旱常設(shè)委員會研究人員艾德薇姬·博托尼（Edwige Botoni）說，培育多年生谷物是“先知”們提高收成的艱難方法。博托尼在撒哈拉沙漠邊旅行的時候，曾給人們提供了很多關(guān)于從低質(zhì)量土地中獲取食物的建議，包括效仿尼日利亞和巴西等熱帶地區(qū)的農(nóng)場。溫帶地區(qū)的農(nóng)民主要關(guān)注谷物，而熱帶種植者則關(guān)注于塊莖和樹木，這兩種作物通常都比谷類作物更高產(chǎn)。

想想木薯，按照產(chǎn)量計算，它是世界第11大作物，種植在非洲、亞洲和拉丁美洲的大片地區(qū)?？墒秤貌糠稚L在地下，不管塊莖有多大，植物都不會掉下來。在同等土地面積下，木薯的收成遠遠超過了小麥和其他谷物。這種比較似乎是不公平的，因為木薯塊莖比麥粒含有更多的水分。但即使考慮到這一點，木薯的畝產(chǎn)熱量也比小麥多。北方的馬鈴薯與木薯差不多。2016年，美國馬鈴薯的平均產(chǎn)量是小麥的10倍以上。博托尼表示：“盡管許多人對木薯都不熟悉，但引進它似乎比培育全新的物種要容易得多。”

對樹木作物來說也是如此。成熟的McIntosh蘋果樹每年可以生產(chǎn)158公斤到250公斤的蘋果。果園種植者通常每英畝種植200到250棵樹。在風(fēng)調(diào)雨順的年份，每英畝蘋果產(chǎn)量可以達到35到65噸。相比之下，小麥的產(chǎn)量大約是1.5噸。與木薯和土豆差不多，蘋果中的水分比小麥多，但其畝產(chǎn)熱量仍然更高。即使木瓜和香蕉也比小麥更多產(chǎn)，還有堅果（比如栗子）也是如此。蘋果、栗子和木瓜不能制作硬面包、松脆的玉米餅或雪紡綢蛋糕，但是今天大多數(shù)的谷物都被高度加工，變成像動物飼料、早餐谷物、甜糖漿、乙醇等物質(zhì)。實際上，樹木作物和塊莖作物也可以加工成同樣的東西。

這是否意味著世界各地的農(nóng)民都應(yīng)該用木薯、土豆、紅薯、香蕉、蘋果和栗子等代替小麥、大米和玉米?不。更確切地說，“先知”們有很多種方法來滿足明天的需要。這些可供選擇的代替方案實施起來十分困難，但在C4水稻中，“巫師”們的方案同樣不容易實現(xiàn)。對“先知”們來說，最大的障礙是其他東西，即勞動力。

正確的生活方式

自第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以來，大多數(shù)國家政府都有意將勞動力從農(nóng)業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移出去。目標(biāo)是鞏固和機械化農(nóng)場，這有助于增加收成和降低成本，尤其是勞動力成本。不再需要的農(nóng)場工人會搬到城市，在那里他們可以在工廠找到薪水更高的工作。在博洛格派的理想中，剩下的農(nóng)場主和工廠工人都能掙得更多，前者通過種植更多更好的作物，后者則通過在工業(yè)中獲得收入更高的工作。整個國家也將會受益：工業(yè)和農(nóng)業(yè)出口增加，城市里有廉價食品以及充足的勞動力供應(yīng)。

當(dāng)然也有些缺點：發(fā)展中國家的城市出現(xiàn)了滿是流離失所家庭組成的貧民窟。在包括大多數(shù)發(fā)達國家在內(nèi)的許多地區(qū)，農(nóng)村都成了“鬼城”，但這正是博洛格派所期望的，這是解放農(nóng)業(yè)工人、追求夢想的目標(biāo)之一。在美國，農(nóng)業(yè)勞動力的比例從1930年的21.5%降至2000年的1.9%，農(nóng)場數(shù)量下降了近2/3。幸存農(nóng)場的平均面積有所增加，以補償數(shù)量上的減少。

與此同時，世界各國建立了稅收優(yōu)惠、貸款計劃、培訓(xùn)計劃和直接補貼等網(wǎng)絡(luò)，幫助大農(nóng)場主獲得大型農(nóng)業(yè)機械，囤積化學(xué)品，并種植某些政府支持的出口作物。由于這些系統(tǒng)仍然有效，沃格特派農(nóng)民正在逆流而上。對沃格特派來說，最好的農(nóng)業(yè)首先是照顧土壤，這是一個目標(biāo)，它需要更小的幾塊農(nóng)田。而當(dāng)集中于單一作物的大規(guī)模生產(chǎn)時，很難做到這一點。

真正擴展農(nóng)業(yè)需要找回那些父母和祖父母離開農(nóng)村的人。為這些工人提供體面的生活將抬高成本，有些節(jié)省勞動力的機械化是可能的，我采訪的小農(nóng)場主都認為，將勞動力縮減到大型工業(yè)生產(chǎn)水平是可能的。整個系統(tǒng)只能通過全面改寫鼓勵使用勞動力的法律體系來實現(xiàn)增長。這種社會秩序的巨大轉(zhuǎn)變是不容易完成的。

這就是“巫師”和“先知”之間長達數(shù)十年爭論的起源。盡管這個爭論表面上是基于農(nóng)業(yè)畝產(chǎn)熱量和生態(tài)系統(tǒng)保護產(chǎn)生的，但其真正分歧與農(nóng)業(yè)本質(zhì)和社會形式有關(guān)。對于博洛格派來說，農(nóng)業(yè)是一種有用的苦差事，應(yīng)該盡可能地減少，以最大限度地實現(xiàn)個人自由。對于沃格特派來說，農(nóng)業(yè)與維持社區(qū)、生態(tài)和人類發(fā)展有關(guān)，自從一萬多年前第一次農(nóng)業(yè)革命以來，農(nóng)業(yè)就一直孕育著生命。它可能是苦差事，但它也能加強人類與地球的聯(lián)系。

我的女兒現(xiàn)在已經(jīng)19歲，上了大二。到2050年，她將步入中年。我們需要依賴她那一代人建立起將為世界上100億人口提供基本人類需求的機構(gòu)、法律和習(xí)俗。每一代人都決定著未來，但只要人口學(xué)家能夠預(yù)見，我的后代所做的選擇就會產(chǎn)生共鳴。“巫師”還是“先知”?對于這一代人來說，選擇將更多與他們認為可行的方案有關(guān)，而不是他們認為最好的方案。