全球暖化、疾病與蟲害,你每天不可或缺的咖啡正面臨絕種危機

全球暖化、疾病與蟲害,你每天不可或缺的咖啡正面臨絕種危機

我們想讓你知道的是

科學家正加快腳步拯救因為高同質性而面臨絕種危機的咖啡樹,培育出利於生存的新性狀,以免全球咖啡因氣候與病蟲害侵襲而絕跡。

文:羅斯納(Hillary Rosner)

服務生送來了番石榴餡的甜點和咖啡,咖啡微溫、帶些苦味,還有一點氯的氣味。好幾名客人雖然迫切需要咖啡因,卻仍不願碰它。他們站在狹窄的陽台上,面對哥斯大黎加圖里亞爾瓦(Turrialba)一片滿是樹叢的山坡,寧可啜飲開水或鳳梨汁。他們其實有資格擺點架子,2014年3月,這20人聚集在熱帶農業研究中心(CATIE),討論現今中美洲咖啡渾沌不明的未來,與會者包括了幾名研究這個人類最愛飲品的專家。

他們聚集在此討論一個嚴重的威脅:咖啡葉銹病。銹病是由會感染植物葉片的真菌所引起,植物感染後無法吸收生存所需的陽光。過去幾年它在中南美洲肆虐,破壞了中美洲約2000平方公里的咖啡樹,讓2012年的咖啡產量比2011年少了20%左右。

爆發銹病的地區仍在蔓延,然而在這個全球暖化的時代,這不過是朝咖啡逼近的諸多災難之一。「今天大部份的咖啡品種恐怕都無法抵擋病蟲害、氣候變遷造成的溫度上升及其他環境威脅。」貝特宏(Benoit Bertrand)是法國農業與開發研究中心(CIRAD)的遺傳學家兼咖啡育種專家,他在哥斯大黎加會議中場休息時對參與的眾人說,如果咖啡樹不能撐過目前危機,咖啡農將失去生計,他們可能會夷平林地,種植其他作物,或把地賣給開發商,進而導致一群勞工失業並對環境造成破壞。

貝特宏身上披著一件藍色運動衫,看起來比較像是溫文儒雅的法國製片導演,而不像終日弓著身體面對培養皿的科學家。他的擔憂其來有自,咖啡由於缺乏重要的基因多樣性,既不耐熱也不耐病。雖然你家附近的咖啡店陳列各式咖啡豆,那些名字看起來彷彿是異國旅遊地點的指南:來自印尼亞齊的酸釀、來自越南的溫醇烘培、來自馬達加斯加的圓潤風味。然而這些多樣的咖啡背後卻有個令人吃驚的事實:咖啡的品種其實同質性奇高。事實上,其中70%都來自單一品種:阿拉比卡咖啡(Coffea arabica)。雖然人們利用不同的品系、栽培地區和烘培技巧製造出各式各樣的風味,卻掩蓋了咖啡的遺傳史。過去好幾世紀人類栽種的咖啡幾乎都源自於非洲衣索比亞的少數野生種,而今日世界各地農場上種植的咖啡樹的基因多樣性,只有衣索比亞野生種的1%。

咖啡是全球的重要作物,關乎經濟、政治和環境的穩定。儘管如此,它其實是個「孤兒作物」,現代科學幾乎棄之不顧。沒有咖啡版的孟山都公司、沒有農業大企業靠著販賣專利咖啡種子賺錢,這讓貧窮國家的小農民得以靠著種植出口咖啡,過著不錯的生活。但這也代表投資在咖啡的研究十分有限,讓這種作物變得非常脆弱,無法抵擋大自然的各種侵襲。如今咖啡栽種面臨了越來越多的威脅,研究人員也開始加快科學研究的腳步來拯救咖啡,以免為時已晚。

駕馭基因多樣性,對抗環境變遷

席林(Tim Schilling)是住在法國阿爾卑斯山的遺傳學家,最為人所知的事蹟是在2000年代早期協助改造盧安達的咖啡工業。他立志要為咖啡做急需的科學研究,如今他監管「全球咖啡研究組織」,這是一個由咖啡業界資助的非營利組織,共有30家公司贊助,包括畢茲咖啡(Peet's)、快板咖啡(Allegro)、反文化咖啡(Counter Culture)等。人們稱他為咖啡界的印地安納瓊斯,但當他主持著圖里亞爾瓦的會議,身穿長袖白襯衫、戴著貓頭鷹鏡框的黑色眼鏡、頂著濃密的頭髮,看起來還比較像藝術家安迪.沃荷(Andy Warhol)。他問與會者目前有多少研究在探討氣候變遷對咖啡葉銹病的影響,一名育種學家伸出拇指和食指,兩指間距離約一公分遠,比出這個國際手勢表示:「少之又少。」

對此,專家擔心影響甚鉅。咖啡葉銹病性喜溫暖的氣候,氣溫升高時,真菌就會往海拔更高處傳播,降雨量增加(過多或甚至過少)也可能讓真菌暴增。殺真菌噴劑可以戰勝銹病菌,但這種化學物質十分昂貴,也可能無法對抗產生抗藥性的新菌種。

對席林來說,唯一可行的長遠解決之道是透過基因改造。首先,他想利用阿拉比卡咖啡和另一個咖啡物種加納弗拉(Coffea canephora)現有的基因庫。加納弗拉咖啡亦稱羅巴斯塔(robusta),容易栽植、產量也高,但味道苦澀,因此屬於廉價咖啡——也就是CATIE會議提供的這種咖啡。雖然咖啡同質性很高,來源隸屬這兩種物種,但這兩者仍有許多品系可提供一些區域性的基因變異,就好比現代人都是智人(Homo sapiens),各地族群仍有所不同。席林的大計畫包括一項正在進行、相對簡單的計畫,那就是把不同國家、不同區域的咖啡品系互換。例如,把植株從非洲剛果送往巴西,或從哥倫比亞送往宏都拉斯,看外來種是否可以長得比當地農民種植的品種好。3~4年後,農民就可以說:「嘿!這個從印度來的咖啡品種產量比較多。」他們也會願意種植更多印度品種,科學家從這項研究裡找到來自10個國家的30種高產量咖啡品種。

利用栽種咖啡樹裡的基因變異是短期的方法,但幾乎肯定不足以拯救這種作物。阿拉比卡咖啡和加納弗拉咖啡的基因多樣性,只有少部份存在於商業栽種的品種中,其實這些野生種的基因多樣性卻相當豐富。近年來,我們在咖啡基因組序列的研究上有許多進展,在這些農場咖啡的親緣植株裡找到了貝特宏所謂的「目錄龐大的基因」,其中許多都存在於現今全球咖啡基因庫裡,他希望能利用這個豐富的基因庫,在全球各地培育出更具韌性、更多產而美味的咖啡作物。

CATIE掌握了許多關於基因多樣性的證據。從研究中心會議室的另一端,走上一條泥土路,就可看到一個木牌標示,上面用黃色字母寫著「衣索比亞咖啡蒐藏」。此處種植了約8萬5000平方公尺的阿拉比卡咖啡樹。這些蒐集的品種始於1940年代,包含了前人數次前往衣索比亞考察蒐集到的咖啡植株,其中最早的是英國考察團於二次大戰期間帶回的,最晚的則是聯合國糧農組織(United Nations Food and Agriculture Organization)和法國研究團隊在1960年代取得。其他蒐藏包括從馬達加斯加、非洲其他地區和南亞的葉門蒐集來的咖啡樹。咖啡不像玉米等許多其他作物,可以把種子儲藏在冷藏庫;相反地,它必須持續種植在田裡,或以特殊的低溫方式冷藏。CATIE是全世界最重要的咖啡活體基因庫之一,這裡的咖啡DNA是以廣大的咖啡園方式「儲藏」。

貝特宏正利用類似CATIE的咖啡活體基因庫,建立新的雜種咖啡。10多年前,他把阿拉比卡咖啡跟一些野生親緣進行雜交,創造出一種產量高出40%的品種。如今他跟席林從CATIE挑選了800棵植株,也從世界各地的咖啡基因庫挑了另外200種,寄回美國紐約州綺色佳的一間實驗室進行DNA定序,他可以用這些資料來評估每株植物可以提供的性狀。

研究人員正在尋找能讓咖啡樹各方面都變強的基因:抗銹病、耐旱、耐熱。為了尋找這類基因,貝特宏和席林正在篩選那些「基因多樣性高得出奇」的咖啡品種,誠如席林所述,他們希望能在數量最少的咖啡品種裡找到最多元的性狀:「然後我們就會把這些品種與我們都偏愛的美味、高產、抗病等已知品種雜交。」

重點提要

  1. 氣候變遷、疾病和蟲害讓咖啡栽種面臨嚴重威脅。
  2. 咖啡樹因為高同質性變得特別脆弱:全球種植的咖啡品種都源自於衣索比亞的少數咖啡植株。
  3. 有關咖啡栽培的科學研究很少,但情勢已經開始改變了!全球科學家試圖透過雜交,把有用的新基因引入咖啡樹裡。
  4. 他們也在基因庫和野生植株中尋找各種可以強化咖啡的基因,以對抗咖啡絕種的危機。

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本文獲《科學人雜誌》、《科學人粉絲團》授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:蕭汎如
核稿編輯:翁世航