为什么世界上最后一粒谷物在星际中
星际科学测试:为什么玉米可以成为末日作物？
星际中的玉米是最后一种养活人类的作物。
是很多科幻大片讲的故事背景，把人类的未来推向了一个近乎末日的境地。最近上映的电影《星际穿越》在这方面也不例外。影片中，激励人们穿越虫洞寻找新家园的最大原因是地球环境的极度恶化:高温、干旱、疫病席卷全球，人类只能靠种植玉米生存...在这部电影中，许多知名科学家被聘请为科学顾问，虫洞和黑洞也成为重要角色，另一个容易被忽视的角色是玉米。在环境日益恶化的情况下，玉米确实可能成为为人类提供食物甚至能源的主要作物。
那么，玉米到底有什么样的美德和能力，能够肩负起末日作物的重任吗？
不仅是将来，而是现在
事实上，在想象中的未来，玉米不仅会成为决定人类命运的作物。现实中，玉米已经成为影响人类社会发展的重要作物。目前全球玉米年产量超过10亿吨，远超号称养活世界一半人口的水稻——后者的产量每年不到5亿吨。虽然平时看不到那么多玉米，但其实我们或多或少都是间接吃玉米的——因为我们吃的肉、蛋、奶等动物产品的饲料主要是由玉米加工而成的，生产各种食品所需的高果糖浆也是由玉米淀粉分解而来的。另一方面，大量的玉米也被用来发酵成乙醇，乙醇可以作为机械的能源——可以说玉米现在已经被人类社会所依赖。
然而，这种具有世界影响力的植物却长期不为人所知。大约一万年前，玉米的祖先只是一种分布在中美洲的高大多枝小耳植物。今天，这种被称为巨草的植物仍然可以在中美洲看到。然而，也许是由于印度农民的勤奋育种，或者是机缘巧合，大约在一万年前到七千年前之间，草中的两个基因发生了突变，使它的分枝减少，耳朵变大，就有了我们今天看到的玉米的雏形。当然，当时的玉米芯还不到今天的1/3长，但即使是这种作物，也足以支撑中美洲许多部落和王国的兴起和发展，被戏称为父神。
几千年来，玉米只在美洲被种植和崇拜，直到1492年哥伦布发现新大陆，这种神奇的植物才被带回欧洲。在当时以小麦和豆类为主食的欧洲，玉米起初并不被重视，也不像同样是从美洲引进适应欧洲寒冷气候的马铃薯那样受欢迎。然而，19世纪中期的晚疫病破坏了欧洲的马铃薯种植，玉米成为缓解饥荒的关键食物之一。这场末日预演让玉米在欧洲大行其道，大量逃到美国的饥民进一步增加了美国中西部玉米的种植面积。在不到200年的时间里，玉米凭借其高产、易种植的特点，成功击败了小麦、欧洲和西亚种植的马铃薯以及东南亚种植的水稻，成为世界粮食霸主。
我有特殊的固碳技能
从单位面积产量来看，玉米相对于小麦和水稻没有明显优势。但玉米有后两者不具备的优势——更耐热、更耐旱。这就是为什么在星际中，地球上只剩下一种环境恶化的作物。
玉米的这种特性是由其独特的固碳方式决定的。在水稻和小麦中，吸收的二氧化碳进入细胞后，首先需要与一个名为rubp的含五个碳原子的分子(记为C5)结合，产生两个含三个碳原子的分子(记为C3)，其中一个通过一定的反应再次转化为C5分子，另一个C3分子合成为含六个碳的碳水化合物。因此，通过这一过程固定二氧化碳的植物根据其初始产物中碳原子的数量被命名为C3植物。催化C5和二氧化碳最初结合的酶被称为rubp羧化酶。
但这种酶有一个致命的缺陷——当二氧化碳浓度不足、光线过强或温度过高时，它会选择用氧气氧化C5分子。这样，在这个叫做光呼吸的过程中，这种酶不固定二氧化碳，反而会消耗C5分子，对于需要固定二氧化碳来获取有机物的人类来说，这是一个很大的损失。
但是，玉米巧妙地规避了这一点。它的叶肉细胞分为两种，一种类似小麦和水稻，松散地分散在叶片中，另一种则紧密地围绕在叶脉周围。在那些与空气直接接触的松散叶肉细胞中，一种叫做磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)的酶取代RuBisCO来固定二氧化碳。这种酶对二氧化碳有很强的亲和力，最初的固碳产物是一个有4个碳原子的分子(记为C4)。因此，玉米被称为C4 (C4)植物。因为PEPC不使用氧气，它避免了碳的损失。与二氧化碳结合的C4产物进入叶脉周围的细胞，在那里二氧化碳被去除，产生糖的过程类似于C3植物。这样做的好处是显而易见的:二氧化碳富集在叶脉周围的细胞中，RuBisCO的氧化活性被细胞中更高浓度的二氧化碳所抑制，光反应造成的碳损失远低于C3植物。
如果你头晕的话，以上可以总结为:玉米等C4植物可以主动捕捉二氧化碳，而其他C3植物更像是在等兔子。C4(左)和C3(右)植物的叶结构比较。图片来源:biobar.hbhcgz.cn
正是这种特殊的固碳技能，使得玉米对高温、高光强、低二氧化碳浓度的耐受性更强。这三大优势让玉米率先应对未来可能遇到的末日环境。短期来看，大气中二氧化碳浓度的增加对植物是有利的。而过量二氧化碳导致的全球平均气温升高，加强了光呼吸的整体损失，玉米在高温强光照射下仍能保持较高的光合速率，这无疑有利于保证籽粒产量。从长远来看，大气二氧化碳不会不受控制地上升——在高温和强光下，地壳中丰富的硅酸盐的风化会加速，硅酸盐风化过程中大量二氧化碳会被吸收并固定在地壳中。在这个过程中损失的大量二氧化碳会造成地球碳循环的崩溃。到那时，不能忍受低二氧化碳浓度的C3植物将首先饿死，因为它们无法获得足够的碳。另一方面，玉米可能是水稻和小麦等C3植物灭绝后，人类能够存活的少数救星之一。
技术的宠儿:基因操作的优势
除了先天优势，玉米的特殊地位也给它带来了特殊的优势——玉米是世界上为数不多的拥有成熟遗传操作系统的作物。
玉米虽然天赋异禀，但仅仅依靠自然选择赋予它的优势，可能无法抵御末日灾难。在影片中，世界各地农作物的突然死亡直接归因于一种神秘病原体的入侵。因此，为了应对这种突如其来的风险，人类有必要打破自然进化中对时间的刻板印象，让需要数百万年才能形成的优秀特性在短时间内出现。
幸运的是，人类已经掌握了这项技术，通过玉米基因组的改良，玉米可以产生新的或更强的特性，以适应更恶劣的环境。目前，全世界大约有60万平方公里的土地种植了转基因玉米。这些玉米要么更抗害虫，要么耐受除草剂以适应工业化种植，要么具有改良的谷物组成。在世界各地的实验室里，更耐热、抗旱、抗病的玉米新品种也不断问世。2008年2月，玉米成为继水稻之后第二个被全基因组测序的作物，而在短短6年时间里，新的测序技术成功地从不同角度对多个玉米品种的全基因组序列进行了测序和分析。这些信息将更有助于人们改良玉米。可以相信，在现实中，依靠这些技术手段，人类不会像电影中那样束手无策。
还有谁有潜力成为末日作物的候选人？
当然，玉米并不是末日作物名单上的唯一候选作物。那么，还有哪些作物能像玉米一样肩负起延续人类人口和文明的重任呢？
显然，这类作物需要和玉米类似，在恶劣环境下也能保持较高的光合效率，合成足够的有机物。有些人可能会建议仙人掌之类的多肉植物，这种植物极其抗旱耐热，但事实上，这些植物可能更适合作为装饰品，而不是作为作物种植。这是因为这些多肉植物采取了在不同时间吸收和固定二氧化碳的策略。这种策略虽然可以避免水分流失，但严重降低了光合速率——换句话说，虽然抗旱，但产量太低。
其实有一种植物，人们并不把它当成农作物，它更有可能肩负起这个重任，那就是甘蔗。和玉米一样，甘蔗属于C4植物，所以它也有很高的光合效率。甘蔗本身合成的大量蔗糖可以直接用于食品生产。同样，属于C4植物的高粱也是末日植物的有力候选。然而，他们仍然需要人类的努力来提高产量，以便与玉米竞争。
另一个问题是，未来的末日可能不是干旱和极热，也可能是一个冰河世纪或世界大战后的核冬天。然后，在地球表面温度骤降的情况下，适应热带气候的作物，如玉米、甘蔗等会失去优势(也许可以依靠转基因的耐寒品种)，而这时，另一种植物可能会突然冒出来，那就是甜菜。
甜菜因其肉质块茎中积累了大量蔗糖而得名。甜菜原产于中欧和西欧。虽然是C3植物，光合效率较低，但比玉米、甘蔗更适应寒冷气候。我们主要使用的块根是甜菜抵御寒冷的储备。在欧洲和亚洲北部，甜菜是人们冬季最重要的食物之一，著名的罗宋汤红甜菜煮就是由此诞生的。至于甜菜产业，是19、20世纪欧洲乃至世界末日战争的产物。早在拿破仑战争时期，蔗糖的海上运输路线就被战争切断，刺激了欧洲的甜菜种植和食糖生产。在随后的两次世界大战中，甜菜也作为重要的食品和工业原料被大面积种植。目前甜菜虽然已经被玉米衍生糖抢了风头，但说到底，甜菜还是很有希望逆袭的。
玉米不属于地球
这可能表明月球上的物质组成与地球上的相似。
有一种理论认为，月球是由大型小行星与地球碰撞产生的大量宇宙尘埃凝聚而成的。
那么有可能地球和月球的物质最初来自一个地方，都来自于球。
反正都是科学猜想，需要我们充分发挥想象力。
为什么星际中地球上只有玉米
因为玉米比小麦、水稻等粮食作物更重要。
这些特征是由玉米细胞固定碳的独特方式决定的。从植物生理学的角度来看，玉米是C4植物，能够主动捕捉二氧化碳，使玉米在高温、高光强、低二氧化碳浓度下保持较高的光合速率，从而使玉米能够率先应对未来可能遇到的末日环境。
玉米是来自地球吗
这是没有定论的。
玉米又名玉蜀黍、黍、穗轴、玉蜀黍、玉玲、玉麦、六谷、小米、珍珠米，是世界上最古老的农作物之一。据考证，玉米起源于美国南部经墨西哥至秘鲁和智利的美洲大陆狭长地带，但其起源和演化过程尚无定论。
原产于中美洲和南美洲，是世界上重要的粮食作物，广泛分布于美国、中国、巴西等国。
与水稻、小麦等传统粮食作物相比，玉米具有很强的耐旱、耐寒、耐瘠薄和优良的环境适应性。
玉米营养价值高，是优良的粮食作物。玉米作为我国高产粮食作物，是畜牧业、水产养殖业和水产养殖业的重要饲料来源，也是食品、医疗保健、轻工、化工等行业不可缺少的原料之一。
由于玉米资源极其丰富，廉价易得，还具有抗氧化、抗肿瘤、降血糖、提高免疫力、抑菌杀菌等多种生物活性。具有广阔的发展和应用前景。
