知乎日報：人類在進化中是如何選擇以穀物做為主食的？

　　這篇回答實際上是回顧了人類的歷史;有知友評論到「這裏倒推並不適用」，我大致能明白他指代的是「不能用錯誤 / 正確的道路論證道路的錯誤 / 正確」。

　　一方面，歷史沒有假如;

　　一方面，再次迴歸到那個情境，這一系列的特徵——種子富含澱粉，無毒，一年生 / 二年生草本，種皮 / 果皮易與種仁分離，自花傳粉，也讓這些植物，在另一個平行宇宙，比起其它的植物，更容易走進人類的餐桌，並在不斷的馴化當中變得越來越馴服和高產。

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　　先給大家推薦兩本書：《槍炮、病菌與鋼鐵》《全球通史》(相信很多人其實已經看過了)，它們對於這個問題有相關的思考和解讀。

　　介紹一下兩本書提到的相關內容，也摻雜自己的一些想法。

　　這個問題的時間尺度其實相當大：從猿到人，一直到有明確的農業，不僅涉及人作為物種的演化，也是人類從「動物」的屬性分離，開始形成文明。

　　從採集 / 狩獵到農業 / 牧業，某種程度上可以説是文明的開端：馴化植物和動物，為人類第一次提供了比較穩定的糧食來源，極大增加了同一地區可以承載的人口數量。

　　足夠的人口是一切文明開始的基礎。

　　《槍炮、病菌與鋼鐵》一書中提到過：

　　不同的部族在史前的不同時期學會了糧食生產。有些部族，如澳大利亞土著，卻從來沒有學會糧食生產。在那些學會糧食生產的部族中，有些(例如古代的中國人)是靠自己獨立發展糧食生產的，而另一些(包括古代埃及人)則是從鄰近部族學會糧食生產的。但是，我們將會看到，從間接的意義説，糧食生產是槍炮、病菌和鋼鐵發展的一個先決條件。因此，在不同大陸的族羣是否或何時變成農民和牧人方面的地理差異，很大程度上説明了他們以後截然不同的命運。

　　食物採集和狩獵的效率，遠遠比不上農業。農業能夠養活人口的數量級，遠超採集狩獵。

　　《全球通史》第一編第三章：

　　新時期時代的人有兩個方面與他們的前輩——舊石器時代的人不同。新時期時代的人不再是用打製法，而是用磨製法制作石頭工具;他們的食物來源大半甚至全部是靠栽培植物和畜養動物，而不是靠狩獵或採集。這兩方面的變化，以後者更為重要得多。

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　　如果有關植物生長的基本原理早在農業革命之前的數千年前就已為人類所知道，那麼，為什麼還要推遲如此之久才付諸實踐呢?一個原因是，缺乏這樣的動力。與我們通常設想的相反，靠捕捉小動物為生的原始人在正常情況下過的並不是受飢捱餓的生活。他們從來不使自己的人口增長超出食物來源所許可的範圍。相反，倒是採取墮胎、停止哺乳和殺死新生嬰兒等辦法來降低自己的人口數，以度過一年中食物來源部族的月份。

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　　人類所以推遲很久才轉向農業的另一原因是，可以栽培的植物和可以馴養的動物為數較少。

　　是的，這一點在《槍炮、病菌與鋼鐵》一書中有詳細的論證：

　　在世界上的把不同地區，糧食生產是在何處、何時和如何發展起來的呢?

　　一個極端情況是：有些地區的糧食生產完全是獨立出現的，在其他地區的任何作物或動物到來之前，許多本土作物(在有些情況下還有動物)就已經被馴化了。目前能夠舉出詳細而又令人信服的證據的這樣的地區只有 5 個：西南亞，亦稱近東或新月沃地;中國;中美洲(該詞用來指墨西哥的中部和南部以及中美洲的毗連地區);南美洲的安第斯山脈地區，可能還有亞馬孫河流域的毗連地區;以及美國東部。

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　　除了這 5 個確然無疑出現糧食生產的地區外，另外還有 4 個地區——非洲的薩赫勒【小鋮注：撒哈拉】地帶、熱帶西非、埃塞俄比亞和新幾內亞——是爭取這一榮譽稱號的後部地區。然而，每一個地區都有某種不確定之處。

　　這個表格裏出現了大量熟悉的面孔：

　　小麥、稻、玉米、馬鈴薯、高粱，這些都是世界性的，產量最高的糧食作物。

　　糧食顯然是第一位的;碳水化合物和是最好的能量來源。

　　蛋白質同樣重要，高蛋白質的糧食，或者是蔬菜，能夠一定程度上替代肉食。

　　各種豆子，也是很重要的糧食。把菽列入五穀，確實體現了豆類的地位。

　　含油高的作物算是錦上添花。

　　大家想想，六大營養素：碳水化合物、蛋白質、脂肪、水、無機鹽、維生素，量最多的最主要的，是不是齊活了?

　　這兩個表格裏，還有許多不為各位熟悉，偏居一隅或者產量不太誇張的糧食作物：

　　黍(小米)、大麥、蜀黍、珍珠稗、木薯、藜屬植物(應該是指藜麥為代表的一大類)、高粱、非洲稻、非洲薯蕷、畫眉草(指 Eragrostis tef，埃塞俄比亞畫眉草)、香蕉(是的，香蕉是很多地區的糧食，不甜的那種，並且香蕉是澱粉含量最高的水果)、燕麥。

　　為什麼是穀物?換句話説，為什麼這個表格上出現了那麼多禾本科的植物?

　　是的，我們終於直面這個問題了。

　　禾本科植物是澱粉類種子。

　　澱粉是碳水化合物最重要的貯藏形式，而碳水化合物又是最重要最方便的能量來源。這一點對於地球上的生命而言，是通用的。

　　即使不能生產澱粉，利用澱粉卻幾乎是不需要習得的技能。

　　為什麼其他的澱粉類種子，沒有第一時間被人類注意到呢?

　　禾本科植物有一個很獨特的性質：它的果實叫「穎果」，是一種果皮與種皮緊密癒合的果實。

　　圖片引自1.32 caryopsis，很好地示意了 Pericarp(果皮)和 Seed Coat(種皮)的緊密癒合。

　　我們看到的稻穀、麥粒，並不是「種子」，而是他們的「果實」;但去殼時，種皮和果皮一起去掉了，剩下的是它們的種仁。

　　去殼前方便保存，去殼後方便食用，而去殼又不十分艱難，有時這個「殼」一起吃下去也能接受(譬如玉米)——確實都是一系列非常有利於「當成糧食」的特徵。

　　不僅如此;禾本科的大多數物種，是一年生 / 二年生的自花傳粉草本植物——就是在一個或者兩個生長季內完成生命週期。它們成熟期短，每年都有收成，某些足夠温暖的地方甚至可以一年幾熟。

　　成熟期短，意味着投入的時間成本不高;

　　自花傳粉，意味着不需要額外的授粉，投入的管理成本不高。

　　草本，意味着採集簡單，投入的人力成本不高。

　　世代短，意味着積累遺傳變異的次數多，容易被馴化出高產的特徵。

　　相比之下，同樣位居古代馴養作物當中的常見的類羣，幾乎所有重要的植物馴化地點都有豆類馴化。雖然也是成熟期短的草本植物，並且含有大量澱粉、蛋白質和脂肪，但還有一個比較不安分的問題：不好收集。

　　豆子熟了，豆莢很快是要裂開的。裂開之後，豆子都掉了，很不方便。

　　相比之下，相當多的穀物，在較長的成熟期內，穗子並不會立刻脱落，適合大規模收集。

　　另一大類在文明早期經常被馴化的植物，是葫蘆科的植物，也就是表 7.1 當中的最後一列。能夠不止一次在不同地點被馴化，説明這一大類植物也有自身的特點：果實個體大，可食部分多。但同樣有自身缺陷：相對穀物而言，不耐貯藏——人們主要是吃他們的肥厚的果肉，而果肉是容易腐爛的。

　　塊莖類的植物呢?如果不是足夠有經驗，地下的部分並不會吸引覓食者的注意;並且什麼程度算成熟了，這也不如地上作物來得一目瞭然。並非它們不好，而是穀物更優。

　　要注意的是，這個解釋過程，不是從今天的知識去反推「穀物註定受到選擇」，而是「恰巧禾本科植物，特別是今天成為主要作物的這幾種，有一些適合大規模種植的特徵」：這兩種思路是完全不一樣的。

　　一切目的論的進化解釋都是耍流氓!

　　這一過程是有實例支撐的。

　　一個可以用來驗證的例子來自敍利亞境內幼發拉底河河谷邊緣的一個叫做特勒阿布胡瑞拉的考古遺址。從公元前 1 萬年到公元前 9000 年，生活在那裏的人可能已終年定居在村莊裏，但他們仍然以狩獵採集為生;作物栽培只是在接下來的 1000 年中才開始的。【小鋮注：很好的從狩獵採集向種植過渡的例子】考古學家戈登·希爾曼、蘇珊·斯科特和大衞·哈里斯從這個遺址找到了大量燒焦了的植物殘燼，他們額能是遺址上的居民在別處採集後帶回來又被拋棄成誤用的野生植物。浙西科學家分析了 700 多個樣本，每個樣本平均含有屬於 70 多種植物的 500 多顆可識別的種子。結果證明，村民們採集了種類繁多(157 種!)的植物，這些都是從已燒焦的種子辨認出來的，更別提現在還無法確認的其他植物了。

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　　被選中的這 157 種植物分為 3 類。其中有許多植物，它們的種子沒有毒，因而立即可吃。其他一些植物，如豆類和芥科【小鋮注：是指十字花科】植物，它們的種子有毒，但毒素很容易去掉，種子仍然可吃。有些種子屬於傳統上用作燃料和藥材來源的植物。

　　人們在從採集向種植過渡的過程中，不斷淘汰不合適的種子，譬如有毒的，難吃的，而某些穀物在通往作物的路上，一直在晉級賽中保持不敗。

　　有兩個以色列科學家奧弗·巴爾 - 約瑟夫和莫迪凱·斯基列夫通過研究今天仍在約旦河谷生長的野生禾本科植物開着手解決這個問題。他們捨棄了那些種子小火種子不好吃的品種，挑選出 23 種種子最好吃野生最大的野生禾本科植物。大麥和二粒小麥在被選之列，這是毫不奇怪的。

　　當然，這裏已經是在「禾本科」這個範圍內進行選擇了，並不能作為支撐「禾本科植物入選」的證據;但這一過程可以幫助我們理解「被選擇」的過程。

　　在那 23 種禾本科植物中，大麥和二粒小麥從許多標準看都是最好的。二粒小麥的種子最大，大麥的種子次大。在野生狀態中，大麥是產量最高的 4 種之一，而小麥的產量屬於中等。

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　　至於其他 21 中禾本科植物的缺點包括：種子較小，在許多情況下產量較低，在有些情況下它們是多年生植物，而不是一年生植物，結果它們在馴化過程中的演化反而會變得更慢。

　　相當多的準穀物也只屬於「有可能被開發」的程度，而並沒有在人類的食譜當中作為主食保留下來。對比它們跟最主流的糧食作物，我們可以看到，現在的這些糧食，得以參與人類改變世界的進程，有着許多的適合的特徵。

　　藜麥。説起來這是近年相當熱門的一種冷門穀物，特別是賴氨酸含量高，而禾本科植物蛋白質的賴氨酸含量普遍偏低。

　　它同樣是一年生的自花授粉植物，種子外面包裹了一層皂苷——這有助於貯藏——而皂苷又可以被不太困難地除掉。

　　在營養充足，沒有毒性，方便收集的前提之外，額外的加分項全部符合，對不對?

　　然而它的畝產偏低，傳統方法種植大概畝產十幾 kg。

　　必須要用金坷垃，才能畝產一千八(這句劃掉!)

　　以它為代表的一大類莧科植物(藜科在 APG 裏被歸併到莧科了)，果實也屬於特殊的類型——藜麥一類的穀物，是「胞果」，成熟果實的果皮發育成薄膜狀，乾燥且不開裂，果皮與種皮分離。只需要把種皮舂掉，就能得到種仁，雖然不是穎果，卻有類似的便利。

　　此外莧科的青葙、某些莧屬的植物，也被看做準穀物。

　　蕎麥。

　　明明也叫「麥」，然而這貨其實是蓼科的東西。種子接近正四面體的樣子(自行搜索圖片……)

　　這貨比較奇葩的一點，是嚴格的異花傳粉——事實上是「二柱型自交不親和(戳 這個回答)」，但自帶花蜜招引昆蟲，倒也不需要更多的管理。

　　外殼堅硬，果實屬於堅果，但果肉很薄，主要食用的還是種仁。方便貯藏，破殼稍難，大概跟不好舂的穀物是一個級別。

　　現代的產量也是比較磕磣的 50kg 每畝左右。

　　如今同屬蓼科的萹蓄，有時也被看做準穀物。

　　還有一個不那麼容易被注意到的點：部分莧科、蓼科、禾本科的植物，是C4 植物。雖然這個譜與糧食作物譜並不高度重疊，但更加耐旱的特點，也確實是一個加分項——在温暖而乾燥的區域演化出來的生理特徵，能夠保證它們有好的耐受力和一定的產量。

　　稍微貼近常識的例子是玉米、高粱：都是高產(高粱最高畝產已經超過 600kg)的常見穀物。

　　莧屬也是 C4 植物。

　　當然，這不是一個充分或者必要的條件，可能只是巧合，大概還需要更大的腦洞和更多的證據，才能指出人類選擇馴化了某些 C4 植物的原因吧。