吉尔达多·拉米雷斯挥舞着砍刀，从他的一棵可可树上砍下十二个豆荚，让它们落在树根处。这些长长的棕色豆荚看起来像扭曲和瘪了气的橄榄球。每个可可豆荚通常包裹着大约 40 颗豆子——可可粉和巧克力的来源。这些豆子是拉米雷斯在他的农场生产的主要商品，他的农场位于哥伦比亚圣弗朗西斯科，在麦德林市东南约 70 英里处。在拉米雷斯的土地上，可可的红色和绿色叶子覆盖着倾斜的山坡，葱郁的绿色山脉俯瞰着这里。但这十二个豆荚永远也做不成巧克力。通常包裹豆子的健康白色甜果肉已经变得潮湿和变色。这些豆荚生病了——他怀疑感染了一种叫做黑豆荚腐烂病的霉菌状侵袭物。这只是困扰该地区巧克力农场的众多威胁之一。
对于拉米雷斯来说，他与哥伦比亚新近蓬勃发展的旅游业合作，教游客了解可可的种植，要让这些疾病得到控制，工作量非常繁重。至少有三种病原体经常光顾他的农场，每种病原体都需要专门的管理。当涉及到黑豆荚腐烂病和类似的霜霉豆荚病（一种真菌，其孢子使豆荚表面呈天鹅绒般的白色）时，尽早去除受感染的豆荚可以帮助防止疾病的传播。感染了另一种真菌（称为砍刀病）的豆荚会留在树上，但需要用蓝色杀菌糊剂处理。即使他如此勤奋地关注，拉米雷斯估计这些疾病也会摧毁他年产量的四分之一。
在全球范围内，每年有 30% 或更多的可可作物因疾病而损失，这对全球价值 1000 亿美元的巧克力产业来说是一个持续的威胁，也是 4000 万至 5000 万以可可为生的人们的不安全感来源。正如拉米雷斯所发现的那样，任何提高可可产量的努力都意味着要对抗经常困扰它的病原体。但是，关于以可可为目标的疾病，仍然有很多未知之处。至少在哥伦比亚，培育更多抗病品种或研究野生可可植物如何抵御病原体的工作一直受到限制。现在，随着哥伦比亚在多年的内战后迎来新生的稳定，可可科学正在进行一次亟需的重启。
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在一个健康的可可豆荚内（左），明亮的白色果肉包围着用于生产巧克力的豆子。感染了黑豆荚腐烂病（怀疑是中间的豆荚）或霜霉豆荚腐烂病（怀疑是右边的豆荚）的豆荚看起来不那么诱人，必须积极剔除，以防止疾病蔓延。图片来源：林齐·韦塞尔
可可（学名Theobroma cacao）原产于哥伦比亚及其邻国，长期以来在该国的历史和文化中发挥着作用。与大多数其他种植可可的国家不同，哥伦比亚的生产主要旨在满足国内需求——不是为了巧克力棒，而是为了传统的饮用巧克力。但是，随着全球对巧克力的需求增长，一些人看到了一个机会，可以通过增加可可出口来帮助哥伦比亚的农民。在过去的十年中，哥伦比亚的农民逐渐提高了他们的可可产量。2016 年，产量达到了长期以来的最高水平，接近 57,000 公吨。但这仍然低于 1991 年的水平（58,000 公吨），那是哥伦比亚可可产量的顶峰。随之而来的是总体下降，这与日益增长的社会动荡和其他挑战并驾齐驱。
数十年的内部冲突，部分原因是受非法可卡因产业的推动，给这个国家带来了巨大的破坏。但最近的变化，包括 2016 年与反叛组织哥伦比亚革命武装力量签署的和平协议，带来了重建的机会。政府及其盟友渴望彻底根除仍然种植古柯（可卡因的来源）的众多农场。由于可可和古柯在相似的条件下生长茂盛，因此可可已被推广为一种理想的替代作物。“可可促进和平”等项目（由美国国际开发署支持）旨在帮助农民实现转变。通过专注于提高可可种植的效率，科学家们也可能能够提供帮助。
对于科学家来说，新近到来的和平为发现提供了机会，曾经太危险而无法探索的地区再次开放供研究。现在，来自国内外的研究人员正在加紧从农场和荒野地区采集可可及其疾病的样本。通过访问偏远、基本上未经研究的地区，科学家们希望找到尚未开发的、可能掌握保护巧克力农场免受一些最具破坏性的天敌侵害的关键的可可品种。
可可的杀手
虽然可可现在作为一种经济作物在世界各地种植，但其起源可以追溯到北亚马逊地区，包括今天哥伦比亚境内的地区。研究可可进化的科学家说，1300 万年前，可可属从其姊妹属（一组称为赫雷尼亚属的开花植物）中分离出来，赫雷尼亚属如今由大约 20 个物种组成，它们的豆荚和种子与可可的相似。大约 1000 万年前，可可属产生了可可，这是一种中等大小的树，开着粉红色的小花，长着细长的锥形叶子，这些叶子从红色变为绿色时才成熟。从那时起，可可及其天敌——真菌、病毒、昆虫和其他生物——共同进化，在持续的军备竞赛中发展出分子武器和防御措施。
没有哪种作物可以免受疾病的侵害，但可可为那些试图保护它的人带来了特殊的挑战。作为一种树木，可可具有较长的生命周期，这使得育种和研究更具挑战性。与小麦和水稻不同，小麦和水稻每个季节都要重新播种，可可树是多年生植物，可以收获 40 到 50 年，寿命更长，有时五年后才结出第一个豆荚。另一方面，可可的微生物攻击者要灵活得多——常见的可可真菌和类真菌病原体可以在几天内产生孢子。一般来说，热带作物的损失也几乎是温带作物损失的两倍，这归因于害虫、疾病、土壤问题和资源限制。投入到热带树木作物疾病预防方面的研究资金相对较少。而且，今天种植的大多数可可在基因上是相似的，它们是从一小部分克隆体繁殖而来的。
这些挑战沉重地落在全球各地仍然种植世界上大部分可可的自给自足的农民的肩上，但他们应对疾病的资源和培训有限。后果反映在大多数农场的低产量上。虽然在理想条件下，可可植物每公顷可以生产超过八公吨的可可豆，但种植者更常见的是产量只有其二十分之一。
提高世界可可供应量需要扩大可可的种植面积，而不是提高现有土地的产量。这在可可的历史上并不是一种新模式，自最早大规模种植这种植物的努力以来，可可的历史一直以繁荣与萧条的周期和不断变化的生产中心为特征。可可植物至少在 3000 年前首次因其甜美、柔软的果肉而被驯化，并传播到中美洲和墨西哥的许多地区，古代文明在那里使用其豆子作为货币并酿造苦涩的仪式饮料。当欧洲人采用这种饮料时，他们开始更大规模地种植可可，并将这种作物转移到各个殖民地。但疾病无论走到哪里都能找到可可。
这些攻击者在拉丁美洲的可可历史上不时地造成灾难。一种叫做女巫扫帚病的真菌在 1980 年代末和 90 年代初摧毁了巴西的巧克力帝国。巴西曾经是世界上最大的可可作物生产国，但在短短几年内就变成了可可进口国。在 1917 年至 1925 年间，女巫扫帚病和霜霉豆荚病的重叠爆发使厄瓜多尔的可可出口减半。在 1970 年代，霜霉豆荚病重创了哥斯达黎加的产业。到 1983 年，干燥可可豆的出口量下降了 96%。四十年后，哥斯达黎加的产量尚未恢复。
远离可可的原生疾病和廉价劳动力，象牙海岸、加纳和印度尼西亚等国家现在是世界巧克力生产的中心，在产量上超过了中美洲和南美洲国家。尽管可可起源于亚马逊地区，但今天 70% 的巧克力作物是在非洲种植的。即使是南美洲最大的可可生产国巴西，也仅占世界供应量的 6% 左右。哥伦比亚的产量仅占 1% 多一点。
可可生长在横跨赤道的狭窄地带。虽然可可起源于北亚马逊地区，但今天 70% 的可可作物是在西非生产的。
全球巧克力产业担心可可的天敌（真菌或其他）可能会跨越大陆或找到新的攻击模式。以前未知的病原体也可能袭击这种作物。例如，霜霉豆荚病直到 1800 年代才开始以可可为目标，很可能是从可可的近亲之一跳跃到这种植物上的。据信这种真菌起源于哥伦比亚，可以产生数十亿个孢子，这些孢子很容易通过风或雨传播。在极端情况下，霜霉豆荚腐烂病会摧毁种植园的全部收成，因此农民必须争先恐后地处理受感染的豆荚，以防孢子传播。
霜霉豆荚病只是一个例子。在 1960 年代，巴布亚新几内亚的可可植物开始因维管束条纹枯萎病而枯萎，在 1970 年代，发现一种叫做大疫霉的类真菌疾病已经从非洲本土树木跳跃到移植的可可上。
“无论我做这件事多久，”宾夕法尼亚州立大学植物科学家西拉·马克西莫娃说，她走遍世界各地研究可可。“每次我去一个新的种植园，我都会发现一种新的疾病。”
寻找抗性
可可并非完全没有防御其攻击者的能力——经过漫长的岁月，它已经建立起一些武器。可可基因组已于 2010 年测序，但可可防御系统的许多细节仍不清楚，疾病究竟如何渗透和危害植物的一些复杂性也不清楚。
大多数植物都用两波防御来保护自己。第一波是检测威胁的存在。但是，与植物共同进化的微生物疾病已经为此做好了准备。它们还设计了自己的工具来战胜植物的防御。一种策略是阻止程序性细胞死亡，植物使用程序性细胞死亡来阻止感染的蔓延，方法是杀死受污染的细胞。病原体将免疫抑制蛋白，称为效应蛋白，分泌到植物细胞中。反过来，植物可以开启由这些效应蛋白触发的第二波免疫反应。
在去年三月发表的一项研究中，科学家们使用基因编辑工具 CRISPR 来操纵分离的可可叶片的免疫系统，通过敲除一个调节可可防御反应的植物基因，将对疫霉菌株的抗性提高。当威胁较低时，该基因会降低监测，从长远来看可以节省植物的能量，但有时会使植物容易受到攻击。科学家们希望，以这种方式操纵植物的免疫反应，可能会为更多地使用高产、高质量的可可品种打开大门，这些品种目前由于其疾病易感性而难以种植。
其他科学家正在野外寻找更具抗病性的可可来源，这些可可可以用于育种计划。在女巫扫帚病蔓延到加勒比海岛屿特立尼达之后，第一次从野生可可植物中寻找新抗性的努力出现在 1930 年代。这种真菌在可可树上点缀着精致的漩涡，这些漩涡类似于粉红色的小伞，并吸取寄主的生命力，使曾经健康的树枝扭曲成多节的荆棘。科学家弗雷德里克·J·庞德领导了一次探险，在亚马逊河流域寻找新的可可品种，小心翼翼地收集没有疾病症状的树上的豆荚。
今天种植的大部分可可都来自这次收集。但是，随着病原体围绕可可进化，即使是庞德最具抗性的品种也已逐渐开始失去其免疫力。最近，南美洲的可可生产商再次开始寻找。
但哥伦比亚落后了。长期以来，游荡的游击队和准军事团体使该国大部分荒野和农村地区的实地研究风险重重。因此，哥伦比亚——世界上生物多样性最丰富的国家之一——在过去半个世纪里基本上没有受到生物学家的监测。波哥大安第斯大学的植物病理学家西尔维娅·雷斯特雷波说：“哥伦比亚就像世界多样性景观中的一个盲点。”
有价值的可可植物可能正在该国境内的某个地方蓬勃生长，但尚未被发现。随着哥伦比亚慢慢地朝着和平迈进，那里的科学家已经开始建立他们的收藏，与各个农业机构协调，以储备来自农场的可可样本。当研究人员发现疾病时，他们也会收集这些疾病——将它们储存起来进行测试，这将有助于他们了解病原体如何攻击，以及新的可可品种是否可以应对它们在野外可能遇到的各种疾病。但科学家们最兴奋的是收集野生可可。直到最近，研究人员才终于有机会进入这些植物生长的地点。
哥伦比亚可可研究人员抓住了这个机会。来自国家农业研究机构 Agrosavia 和哥伦比亚大学的一组科学家在一个名为“哥伦比亚可可 BIO 探险队”的项目下合作，从偏远地区收集可可样本。CacaoBIO 的负责人卡洛斯·爱德华多·冈萨雷斯-奥罗斯科说，这项工作有一种紧迫感。即使在他们开始计划探险时，他们也听说了目标地点附近的新危险。游击队哥伦比亚革命武装力量曾经限制该地区的伐木，但一旦该组织放松了控制，为了获取木材和种植古柯等作物而进行的滥伐就开始了。对于那些等待了一辈子来研究该地区自然资源财富的哥伦比亚研究人员来说，时不我待。
“我们需要在这些物种消失之前收集它们，”Agrosavia 的生物地理学家冈萨雷斯-奥罗斯科说。“它们就像宝藏一样。”
深入丛林
作为可可的原产地中心（与亚马逊河流域的邻国共享这一称号），哥伦比亚很可能成为野生可可及其近亲遗传多样性的热点地区。
对于所有作物，“您首先想知道的是遗传多样性的中心在哪里，”植物病理学家布莱恩·贝利说，他指出，植物物种通常在其生长历史最长的地区发展出最大的遗传多样性。通过育种计划利用这种多样性可以为作物对抗疾病（无论是古老的还是新出现的）增加新的工具。
“这将是可怕的，”在马里兰州美国农业部研究可可及其病原体的贝利说，用一种疾病抗争数十年而没有成功，“而当您拥有五棵树就在那里，它们本可以为您提供控制手段时。”
在波哥大罗萨里奥大学的热带植物学家詹姆斯·理查森的帮助下，CacaoBIO 团队在可可原产地中心的中心地带选择了两个采样探险地点——安第斯山脉的两侧各一个。理查森说，像山脉隆起这样的地质事件应该会加速物种多样化，而且野生可可很可能在其西侧和东侧具有不同的特征。7 月，该小组前往山脉以东的地区，横跨卡克塔州和普图马约州。他们很快将探索西部潮湿多雨的乔科州。
鉴于哥伦比亚新生的和平和未驯服的荒野，搜索仍然具有挑战性。有些地点只能通过数小时的乘船才能到达。今年早些时候，研究人员在侦察采集地点时，发现自己跋涉在洪泛区，并遇到了对他们抱有怀疑的当地人，当地人催促他们离开。有一次，该团队遇到了一条八米长的蟒蛇，它正在绞杀一头野猪。但冈萨雷斯-奥罗斯科觉得这些挑战是值得的。（冈萨雷斯-奥罗斯科对具有挑战性的条件并不陌生——在 1990 年代，他在做实地工作时曾两次被绑架。）在偏远的卡梅利亚港村庄附近，该团队发现有人在收获野生可可。有女巫扫帚病的迹象，但肉眼看来，这些植物出乎意料地没有其他疾病。科学家们在没有进一步测试的情况下无法确定，但冈萨雷斯-奥罗斯科希望这些植物可能具有一些增强的抗性。在该团队附近，他们发现了可可树，这些可可树尽管在被洪水淹没的河岸上半淹没数月，但仍然生长茂盛，这表明这些树木可能对洪水具有特别的抵抗力。
研究人员还收集了许多与可可密切相关的植物，这些植物可能在研究抗病性和其他有价值的性状方面证明是有用的。“这简直令人难以置信，”冈萨雷斯-奥罗斯科说。“我们发现了如此多不同的物种。”
从腐烂的土豆到腐烂的巧克力
站在雷斯特雷波在安第斯大学的实验室里，周围是装满处于不同腐烂阶段的叶子和土豆片的盆，生物学家朱莉·拉米雷斯将一个培养皿举到透过窗户的光线下。
“我相信这个是棕榈疫霉，”她说，她正在检查一种黑豆荚腐烂病菌株的绒毛，这种菌株以几乎呈星状的图案从培养皿的中心扩散开来。这种生长模式与棕榈疫霉研究得更透彻的近亲致病疫霉（爱尔兰马铃薯饥荒的臭名昭著的罪魁祸首）的均匀扩散形成对比。
雷斯特雷波的团队正在试图了解像致病疫霉这样的疾病如何随着时间的推移对杀菌剂产生抗性，以及这些疾病如何攻击它们的寄主。一个项目着眼于基因表达和代谢物的产生如何随着疾病在两个阶段的侵袭中发展而变化。雷斯特雷波希望，了解疫霉菌如何从其第一阶段（在该阶段，它侵入并栖息在其寄主体内，但几乎不会造成明显的损害）过渡到其坏死阶段（在该阶段，病原体开始杀死寄主细胞以继续存活）可能有一天有助于开发出阻止其攻击的方法。
最近，该实验室已开始扩大其收藏，以包括攻击可可的疫霉菌菌株，样本来自哥伦比亚国家可可种植者组织。拉米雷斯是一位研究生，她像她的许多同事一样，在每天都喝巧克力饮料的家庭中长大，她正在领导这个新项目。
研究人员认为棕榈疫霉是哥伦比亚攻击可可的主要疫霉菌菌株，但拉米雷斯说，从来没有人做过工作来确保这一点。基因分析将识别特定的真菌菌株。这项工作将绘制哥伦比亚农民面临的疫霉菌菌株的广度，使农业官员能够更好地为疫情爆发做好准备，并为农民提供更精确的疾病管理培训。
从 CacaoBIO 的第一次探险队返回后，冈萨雷斯-奥罗斯科希望有一天巧克力能够成为哥伦比亚的重要出口产品，但他知道前面还有很长的路要走。即使是对他的探险队带回的样本进行表征和编目的工作，预计也需要大约五年时间。
除了疾病之外，还存在其他障碍。首先，为种植非法作物而建立的农场往往远离主要的交通路线——这对于生产可卡因来说是理想的情况，但对于试图合法出售其产品的可可农民来说是一个巨大的劣势。另一个问题：哥伦比亚的一些土壤天然富含有毒金属镉，而欧洲对可可中镉元素的新限制可能会构成贸易壁垒。
教育是另一个挑战。Agrosavia 的植物遗传学家罗克萨纳·约克滕说，无论作物的基因有多好，适当的规划和管理始终是成功产量的组成部分。
但从长远来看，科学家们希望他们的工作有一天能够为吉尔达多·拉米雷斯等农民提供高质量、抗病的可可品种和改进的防治疾病的工具，这将有助于减少损失。永远不会有一种作物不需要定期监测，而且总会有新的疾病需要应对。但科学家们希望提供一种作物，使农民的努力风险更小一些。
“对于小生产者来说，拥有一家农场是一项非常大的投资，”约克滕说。“他们必须有非常好的管理才能获得良好的产量。否则，他们可能会失去一切。”
这篇文章最初于 2018 年 9 月 13 日由 Annual Reviews 的独立新闻机构 Knowable Magazine 发布，并经许可转载。注册新闻通讯。