【古气候】十万年气候变迁下的东亚水稻驯化

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水稻是世界重要主粮之一，其驯化与栽培历程反映出上万年的气候变化与人类活动史，且稻作农业与中华文明的发展紧密相连。然而，考古资料与化石证据不充分、遗传模型与考古推断不一致，说明包括水稻在内的主要作物从野生到驯化的时间与途径仍不明确。

图1 研究剖面的位置和地层

在2024年5月24日的国际学术期刊《科学》（Science）上，中国科学家展示了从中国长江下游附近的上山文化（距今约1.1万~8400年）等考古遗址取样的水稻植硅体的证据，建立了判别水稻野生到驯化的标准。

（1）早在10万年前的晚更新世，野生稻就分布在长江下游。

（2）距今约2.4万年，处在末次冰期的冷干气候下，可能促使区域地下水位下降，促进人类的采集和加工活动，或气候恶化导致人类生活条件退化，并促使人类从北方向南迁移、生存策略转变。此时，人类已开始了对野生稻的采集、储存和/或加工相关的探索性活动。

（3）从距今1.3万年开始，尽管所处的Bølling-Allerød（BA）事件理论上应当体现东亚季风迅速增强导致降水增加的特征，但地层沉积物的分析结果却显示，树木和水生植物的数量反而减少，表明一个局部和相对干燥的环境，可能是由人类活动驱动。

（4）在随后的新仙女木（YD）寒冷事件中，水稻的生物量显著下降，这种影响也反映在长江下游粳稻类物种的遗传多样性低于南亚。寒冷的气候可能消灭了长江下游一部分粳稻的野生祖先，人类可能不得不依赖日益受限的基因库，促使该地区的水稻迅速转向驯化，因为遗传多样性的减少限制了性状多样性，从而简化了人类的性状选择。

（5）距今约1.1万年，进入全新世的温暖时期。人类活动加剧，在上山和荷花山遗址发现了同期的食品加工工具和房屋遗迹。虽然全新世初期降水量增加，但树生花粉和水生花粉减少，与驯化水稻种植相吻合。此时，不同地貌单元的水稻驯化过程可能有所不同。在一些丘陵山地地区的遗址，水稻驯化在约6000~6500年前达到顶峰，出现了小规模田间系统；沿海平原遗址地处低海拔地区，水稻驯化环境更容易受到海平面变化的影响，水稻驯化时间明显较晚。

这项工作表明了东亚稻作农业与西南亚两河流域麦作农业在驯化开始时间上的相对同步，这意味着全球气候变化、景观变迁以及文化交流与传承对作物演化发挥深远作用。

图2 长江下游地区过去10万年水稻开发驯化的综合记录。

（A）东亚石笋的δ18O（黑线）。（B）木炭浓度（灰色条）和华南（红线）和华北（黑线）的全国14C概率总和。（C） SS（黑线）、SSP（灰线）和HHS（红线）中具有≥9个鱼鳞纹的泡状细胞植硅体百分比。（D-F）来自HHS、SSP和SS的稻壳植硅体（橙条）和泡状细胞植硅体（浅蓝线）百分比。（G）距今30000-8000年间SS、SSP和HHS（红线）中具有≥9个鱼鳞刻面的泡状植硅体平均百分比的叠加记录。灰色区域表示SD。（H）来自SS、SSP和HHS的稻壳植硅体（来源）和泡状细胞植硅体（浅蓝色）的平均百分比（平均值± SD）。（I）来自SS、SSP和HHS的稻壳植硅石和泡状植硅石的总浓度。（J）长江下游3万年以来水稻开发驯化概念模型。G-I淡黄色条表示引发水稻开发利用的末次冰盛期。浅粉色条表示温暖的BA事件，其促成了野生稻驯化前栽培的出现。淡蓝色条是对野生稻驯化过程影响有限的寒冷YD期。

参考文献：

Jianping Zhang et al. ,Rice’s trajectory from wild to domesticated in East Asia.Science384,901-906(2024).DOI:10.1126/science.ade4487