“一个物种影响一个国家的经济,一个基因关系到一个国家的兴盛。”已故著名植物学家、中国科学院院士吴征镒曾这样感慨。
如果有一天,人类遭遇了核战争、气候变化、疾病瘟疫等灾难,导致农业崩溃,我们还有没有希望恢复生产和生活呢?答案是肯定的,因为在北极圈内的一个小岛上,有一个被称为“末日种子库”的地方,即位于挪威北部斯瓦尔巴群岛的斯瓦尔巴全球种子库,它收集了全球各地的植物种子,为人类的未来提供了一份最后的保障。这个种子库,就是让地球上生物复苏的“诺亚方舟”。
据统计,包括挪威这座最大的种子库在内,全球共建有1700多座种子库,收集保存了740多万份种子样本。
今年首批!
挪威“末日种子库”存入新样本
号称“末日种子库”的挪威斯瓦尔巴全球种子库日前迎来今年首批种子样本。新一批种子样本来自全球21家机构,数量超1.4万份。
此次存入的种子样本包括来自世界多地的重要农作物品种,有来自苏丹的高粱、泰国的水稻、瑞典的北欧树种,以及来自马拉维、菲律宾和巴西的农作物种子。参与此次种子保存计划的部分外国机构曾遭遇战乱、台风及火灾等破坏,相关机构希望这些种子能获得更好的保存环境。苏丹农作物遗传资源保护和研究中心主任称,在饱受战火侵扰的苏丹,“这些种子代表着希望”。全球作物多样性信托基金执行主任斯特凡·施密茨表示,今年新存入的种子样本不仅代表了生物多样性,还代表了原产地的知识和文化。挪威农业与食品部国务秘书汉娜-贝丽特·布雷肯表示,种子库关乎全球粮食安全,挪方希望其对这一设施的支持,有助于确保人类子孙后代能够利用这些植物“遗产”。
“末日种子库”
收集样本超130万份
每年只开3次 可抗核弹
斯瓦尔巴全球种子库位于挪威斯瓦尔巴群岛的北极永久冻土下,于2008年2月投入使用。该种子库提供安全存放服务,种子样本仍归存入机构所有。在今年存入最新一批种子样本前,该种子库已储存约7000种植物130万份种子样本。据统计,包括挪威这座最大的种子库在内,全球共建有1700多座种子库,收集保存了740多万份种子样本。
据了解,通常情况下,该种子库每年只打开3次,以限制种子与外界的接触。
为何其他种子库要向斯瓦尔巴种子库提供种子样本?据报道,这是因为相较其他植物基因储存库,斯瓦尔巴全球种子库的安全性更高。可以说,它是其他种子库的一个终极备份。
斯瓦尔巴群岛地处北极圈以内,离北极点大约1000公里,纬度极高,终年严寒,人迹罕至。种子库就建在该岛首府朗伊尔城附近一座山体内,由3座建在地下100多米深处、常年温度在零下18摄氏度的储存室组成。每个储存库可储藏150万份种子,总共可储存约450万份,每份样本大概包含500颗种子,也就是说总共可以储存22.5亿颗种子。
种子库附近有煤矿和一个发电厂,为其运转供应充足的能量。即便断电,因为斯瓦尔巴种子库核心位置处于永久冻土层,也能在至少200年内保持在0℃以下。在这里,小麦、大麦和豌豆等重要农作物种子可持续保存长达1000年,而生存能力最强的高粱种子,大约能存放1.95万年。与此同时,种子库要比海平面高出130米左右,即使全球变暖使格陵兰的冰盖融化,或者南极洲的冰层完全消融,它也会安然无恙。
此外,种子库的外围是厚厚的水泥墙,库门备有防爆破门和密封舱,其安全性堪比美国金库,可以承受规模10级的地震和抵御原子弹爆炸。对于斯瓦尔巴种子库的安全性,美国《时代》杂志曾称赞它是2008年50项最重要发明之一。
迄今为止,世界各地共有上千个种子库,但绝大多数种子库的安全性较低,很容易受到战争、自然灾害和经济因素的影响。比如,在2006年,菲律宾国家种子库被台风摧毁;2015年,叙利亚国家种子库在战争中被毁坏……当年,叙利亚阿勒颇的国际干旱地区农业研究中心在部分用于研究的种子被毁后,向斯瓦尔巴全球种子库申请提取130箱粮食种子,这也是斯瓦尔巴种子库启用后首次提取库存中的种子。
虽然相较于其他种子库而言,“末日种子库”的安全性有着极大的保障,但也并非完美无缺。2016年10月,气候变化导致斯瓦尔巴群岛当地持续强降雨,永冻土层意外融化,水渗入种子库入口处并向下蔓延15米,所幸库内种子安然无恙。不过,在遭遇“洪水”后,种子库修建了一个全新的完全防水的隧道。
随着新一批种子样本入库,“末日种子库”全部库存样本已超130万份,但仍有许多种子没有被贮藏进种子库,比如并不适合保存在寒冷环境里的鳄梨种子和香蕉种子,以及类似无籽西瓜这样无法产生正统种子的植物。
中国也有自己的种子库
探秘中国西南野生生物种质资源库
昆明北郊,中国科学院昆明植物研究所内,一栋红色建筑掩映在绿树花丛中。这里保存着我国大量濒危、珍稀的野生植物种子,不少濒临灭绝的物种在这里“平安渡劫”后“多世同堂”。
这里是我国第一座也是唯一一座国家级野生生物种质资源库——中国西南野生生物种质资源库(下称种质资源库),也是世界三大种子库之一。它既被誉为“种子之家”,又被称为“种子银行”,既保护了许多野生珍稀濒危植物、重要经济作物和新发现物种,又通过保存和研究发展壮大了野生生物种质资源。
这座种子库里存放着哪些国宝?它对保护和恢复生物多样性有何作用?
“种子银行”
我国是生物多样性特别丰富的国家之一,初步评估我国高等植物中濒危和受威胁的种类至少有4000种,占总数的10%,保护形势十分严峻。
面对物种的不断消亡,科学家将世界上大部分濒临灭绝或数量稀少的野生植物种子收集起来,贮存到一座座种子库——“种子银行”。
“种子银行”里存放的种子,正是基因的根本。这些种子与人们日常生活关系密切。
以野生稻为例。袁隆平院士培育的杂交水稻基因就源自野生稻。1970年,袁隆平在海南发现野生稻雄性不育株。多年后,他用这一野生稻成功培育出杂交水稻,使水稻产量增加近20%。
中国科学院院士洪德元两次考察发现,20世纪80年代,云南野生稻居群分布地有26个,到1995年仅剩两个,消失率92.3%。洪德元表示,如果野生稻灭绝,不只是普通物种消失那么简单,甚至关系到全人类的粮食安全。
1999年,著名植物学家吴征镒提出尽快建立野生生物种质资源库。2004年,种质资源库在昆明开工,2007年建成并投入运行。
如今,已有4种中国野生稻的种子完好保藏在种质资源库中。“这些天生天养的野生稻,是现代水稻育种和改良的重要遗传资源,它们对维护人类生存意义重大。”曾担任昆明植物研究所所长的李德铢说。
种子“闯关”
“经过十余年的发展,种质库长期、有效地保存了各类野生植物种子、植物离体材料、植物DNA、大型真菌、微生物种质资源和动物种质资源,保藏能力达到国际领先水平。”中国西南野生生物种质资源库主任伊廷双说。
种质资源是一个国家的战略资源。伊廷双表示,之所以把种质资源库建在云南,是因为云南的生物多样性非常丰富——高等植物19333种,约占全国的50.3%;脊椎动 物 2273 种 ,约 占 全 国 的49.5%……可以说,云南是名副其实的“动物王国”“植物王国”“世界花园”“物种基因库”。
目前,中国西南野生生物种质资源库共收集保存各类野生生物种质资源2万余种、30余万份,其中野生植物种子1万余种、约10万份,保藏量居亚洲第一。它与英国千年种子库、挪威斯瓦尔巴全球种子库一起,成为全球生物多样性保护的领跑者。
金铁锁、华盖木、珙桐……保存这些种子的冷库位于地下6米深处,这些珍贵的种子躺在玻璃罐中,正在休眠。这里是它们最安全舒适的家。
一粒种子想进入“种子银行”的保险柜并非易事,必须得有准入身份,即满足“3E”标准——濒危、特有、有重要经济价值。其中,“特有”不光指中国特有,更指狭域特有。按照该标准,国家一、二级珍稀濒危植物,如喜马拉雅红豆杉、巧家五针松,中国特有的云南金钱槭、滇桐等被优先保存。
身份之外,种子进入“种子银行”还得经过70多道关卡,其中最重要的是采集、“体检”、入库三关。
采集关是指无论沙漠海岛、热带雨林,还是世界屋脊、三江平原,从海拔6000多米的高山,到海平面下50米的区域,只要有种子的地方,种子采集员都会到达。
为保证物种遗传多样性,种子采集员会在不同生长点采集同一种植物种子。一般每种植物会采集保存10000粒种子,最少2500粒。
采集回来的种子还不能马上入库,后面还有几十道的“体检”关。
在种子清理室,科研人员把种子倒入分离机,饱满的种子落下,空瘪的种子被吹走。科研人员还会随机抽取部分照X光,种子是否健康,饱满还是虫蛀,一目了然。之后,分拣留下的健康种子继续被清理、质检、计数。
计数后,种子会被再干燥,在15℃、空气相对湿度15%的环境中被放置1~2个月,以确保充分干燥。当种子含水量降到5%~7%,它就能进入“休眠期”,基本达到进入冷库的要求。
最后,经过密闭容器分装,种子会进入“冬眠”套房——零下20摄氏度的冷库。在这里,种子可存活几十年甚至上千年。
种子避难
有效贮存种子、抢救性收集种子、保存濒危动植物遗传材料……种质资源库自建成后,对我国乃至全球生物多样性保护意义重大。
目前,超过三成的我国野生植物种子已在“种子银行”保存,包括相当比例的珍稀、濒危、特有物种,种质资源库成为名副其实的种子避难所。
“当一个物种遭灾时,我们就会启用这些保存的种质资源,使该物种重生。”李德铢口中的“灾”,包括自然灾害、疫病、战争等。“种子库就是种子的保险库,能让野生植物免遭灭绝厄运。但我们还是希望存在这里的种子永远不被启用,只是备份。因为一旦紧急启用,就说明野外有物种灭绝了。”
谈及我国已经有国家公园、各种自然保护区后还修建种质资源库的原因,李德铢表示,人类的保护手段更多样,保护就更可靠。“如果自然保护区遇到火灾、冻灾、虫灾,种质资源库可有效解决天灾及种质退化等问题。”
种质资源库已建立一个由国内数十家科研机构、高等院校和自然保护区参与的种质资源采集保存网络,制定了采集规范和标准,重点采集国家重点保护和珍稀濒危物种等野生植物物种。
为了让保护更加精细,种质资源库还引入“采集单元”的概念——在采集种子时,除参考国际同行的规范,有日期、地点、海拔、土壤类型、环境、经纬度信息外,科研人员还增加了对DNA材料的收集,为种子建立“DNA身份证”。
国际上对野生生物种质资源高度关注,尤其是对野生植物的收集保存。比如英国千年种子库已在全球收集近4万种野生植物种子,是全球保存物种数量最多的野生植物种子库。美国国家植物种质资源网络保存了超过1.6万种约60万份农作物、野生植物的种子和其他活材料。韩国、新加坡、泰国也已建成或在建本国的种子库。
“一个国家如果没有自己的野生种质资源库,一旦物种在本国消失,就需要斥巨资向国外‘买回’。”
守护种子安全是全人类的任务。可喜的是,不断有海外成员加入种质资源库。来自欧洲、非洲、美洲等地的种子相继来到这里备存。如今,种质资源库已备份保藏了40多个国家和地区的2000多份重要植物的种子。
多知道点
世界最古老种子库曾提供战后保障
世界首座种子库是建于苏联时期的瓦维洛夫植物研究所,距今已有约百年历史。
美国宾夕法尼亚州科学史研究所记载,在成为全球首座种子库前,瓦维洛夫植物研究所是一家植物科研机构。该机构当时位于列宁格勒(今圣彼得堡)圣以撒广场附近,是一栋三层建筑。研究所内的空间并不宽敞,物架上摆满了样本收纳盒,足足有12万个。20世纪20年代开始,该机构在时任所长尼古拉·瓦维洛夫的带领下,致力于打造全球领先的粮食作物研究与保护中心。
瓦维洛夫小时候经历过多起自然灾害导致的饥荒,眼睁睁看着无数同胞被饿死,这段惨痛的经历令他早年立志——改良农作物,让人人有饱饭吃。后来,他成了苏联知名的植物学家,根据他的研究,苏联当时的农作物多为“近亲繁殖”产物,缺乏基因多样性,所以不具备抗灾能力,那些自由生长的野生作物生命力则十分旺盛。发现这一点后,瓦维洛夫试图通过杂交,让现有的粮食作物变得更为“强壮”。
于是,瓦维洛夫奔赴全球64个国家,进行了115次探险、考察,共收集了38万份作物样本。在他的努力下,瓦维洛夫植物研究所在1933年就成为当时全世界最大的“种子银行”,汇集了14.8万个种子与作物块茎,其中包括很多珍稀品种,有些甚至已在原产地消亡,为此,该研究所又被一些媒体誉为“失落之种的守护者”。不仅如此,该机构当时还收集了数千种马铃薯(土豆),是全球重要的“土豆研究所”。
第二次世界大战期间,列宁格勒经历了近代战争史上罕见的炮火打击,全城被围困、封锁长达28个月,食物供给长期受阻。当时“种子银行”内的专家学者相当于坐拥一座“粮仓”,但是他们没有选择“大快朵颐”,为守护国家的“生命之种”,他们选择忍饥挨饿。这是一场艰难的保卫战,研究所许多工作人员不幸牺牲,其中大多数是被活活饿死的。英国《卫报》报道称,一位名叫亚历山大·舒金的植物学家伏案工作时悄然离世,至死手中还紧握一包杏仁样本。
在这些英雄的坚守下,研究所内收集的约120吨种子、块茎以及约6000种马铃薯被完好保存,为国家的战后复苏提供了重要的粮食保障。因为植物学家对这些种子进行了严格且细致的分类,苏联农业部门很快就为它们找到了最适合生长的区域。有统计显示,苏联战后约80%的农作物良种出自瓦维洛夫研究所。 本版稿件综合新华网、环球时报等