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本文发表在大西洋月刊杂志网站，作者凯瑟琳·吴（Katherine J. Wu）是《大西洋月刊》的撰稿人。
进化史中充满了注定失败的结合。许多植物和动物确实有时能跨物种繁殖，但它们的后代——如果能诞生的话——往往要付出惨重代价。
比如骡子和骃子几乎总是没有生育能力，种植水稻的两个主要亚种之间的杂交品种也是如此。
当狮子和老虎在动物园交配时，出生的狮虎兽幼崽常出现心脏衰竭等健康问题（而且雄性几乎都不育）。
几十年来，进化生物学家一直用这些例子来证明杂交是无望的。
伦敦自然历史博物馆植物分类学家桑德拉·纳普说，杂交“罕见、失败率高，不是重要的进化力量”。但近年来，研究人员开始重新评估这种悲观观点。在特定的基因组合下，杂交品种有时不仅能繁殖后代，甚至还能进化成新物种，还可能获得全新能力，取得亲本从未达到的成功。
正如纳普和同事在一项新研究中发现的那样，这种情况似乎正好发生在世界第三大主食作物上——现代马铃薯的祖先可能起源于大约八九百万年前，一次开花植物偶然结合：一个被称为Etuberosum类群的植物与……一种古老的番茄。
注：Etuberosum 是茄科中一个较少见的属（或类群），根据目前学术界对茄科植物分类的处理，Etuberosum 通常被视为与马铃薯（Solanum 属）密切相关的一个小型类群，其中的植物特征包括没有块茎形成能力，但具有与马铃薯相似的地下茎和花型。
换句话说，现在我们可以合理地说，番茄是马铃薯的“母亲”。
植物专家几乎一致认为这个发现非比寻常，不仅因为“薯条蘸番茄酱”突然变得更加令人深思。
马铃薯不仅是一次不太可能结合的产物，更代表了一次激进的进化壮举。马铃薯的两个祖先都无法形成我们食用的那种地下营养贮藏器官——块茎（如红薯、山药和马铃薯），但它们产生的马铃薯前身（现代马铃薯的最早杂交祖先）却可以。
块茎让马铃薯的祖先植物能在番茄和Etuberosum无法适应的环境中生存下来，最终扩展出如今仍存的100多个物种，包括我们栽培的马铃薯。就好比狮虎兽不仅有生育能力，还长出一种全新的器官，使它能靠素食生存。
缅因大学植物遗传学家Ek Han Tan 教授（未参与本研究）说，科学家们几十年来一直在努力破解马铃薯的起源，很大原因是它的基因复杂混乱。
研究人员难以理清野生状态下100多个马铃薯物种之间的关系，甚至连这些物种到底有多少都无法达成共识。而当他们试图将马铃薯放进它更大的家族——茄科（包括番茄、茄子、辣椒和Etuberosum）中时，得到的线索也各不相同。
有些证据似乎表明马铃薯是番茄的衍生物，基因组中有大片序列高度相似，两者也相似到可以嫁接成能同时结出两种果实的植物。但马铃薯的其他部分基因组看起来又更像Etuberosum，开出的花和地下茎都比番茄更像马铃薯。
“我们很长时间都无法解开这种矛盾。”中国农业科学院生物学家张志阳说，他是这项研究的第一作者之一。
为了破解马铃薯之谜，张志阳和同事汇集了120多种马铃薯、番茄和Etuberosum相关物种的基因组，试图重建它们的故事。例如，所有共同基因的一个解释可能是：马铃薯谱系最初从番茄谱系中分化出来，之后又与Etuberosum发生了杂交。
如果是这样，古老的马铃薯物种的基因组应该更像番茄，而现代马铃薯物种应该携带更多Etuberosum的基因信息。但研究人员发现，所有已测序的马铃薯基因组中，番茄与Etuberosum的基因比例几乎一致。这表明一种以前从未被马铃薯研究者真正考虑过的可能性，
加拿大政府农业部植物遗传学家 Helen Tai说，整个马铃薯谱系都源于一次古老的融合事件——番茄和Etuberosum杂交产生的后代繁衍至今，以各种形式延续了下来。
这种成功的关键似乎正是杂交体获得了块茎生成功能，而它的两个亲本都无法做到，因为各自缺少关键基因。只有马铃薯前身获得了正确的组合：Etuberosum的地下茎为块茎提供了结构框架，番茄的基因则打开了块茎在地下茎中形成的开关。
许多杂交体难以进行有性繁殖，但马铃薯的祖先无需如此：它的块茎（也就是马铃薯）使其可以无性繁殖（今天仍然可以通过种薯来克隆繁殖）。
不过在过去的八九百万年里，这些植物也获得了有性繁殖的能力，这一转变仍是科学家正在研究的课题。古代番茄和Etuberosum分别原产于南美洲西部不同区域。但马铃薯前身能适应更寒冷、更高海拔、更干燥的环境，使它得以扩散到北方的亚利桑那州，以及南方的阿根廷、乌拉圭和巴西部分沿海地区。
“块茎的好处就是可以让你在艰难环境下生存得更好。”佐治亚大学植物基因组学专家布埃尔（未参与该研究）说。
自然界中的杂交仍然往往是失败的——“后代要么不育，要么无法存活，要么适应性很差，或者基因混乱”，哈佛大学进化生物学家霍普金斯（未参与该研究）说。
但通过基因重组产生新组合的强大力量，这种冒险的跨种配对有时也带来了巨大的回报。比如，东非慈鲷之间的杂交，似乎引发了与视觉相关基因的爆发性多样化，帮助它们适应不同水深和浑浊度。某些青蛙被观察到会跨种寻偶，以提高后代在干旱时期的存活率。
人类祖先也与丹尼索瓦人和尼安德特人混血，从而获得了适应新环境的特质。
如今，农民常常将不同作物杂交，以提高产量或增强抗旱抗病能力。不过马铃薯的突破仍属例外。这个古老杂交体不是简单地融合亲本的特性，而是走出了一条全新的进化之路。
尽管马铃薯的原始祖先早已消失，但理解它的起源，或许仍能让我们在餐桌上继续吃到炸薯条和土豆饼。栽培马铃薯易患病，且因其四倍体基因组（马铃薯的细胞中，每种染色体有四套拷贝，而不是像人类那样只有两套，一套来自父亲、一套来自母亲。这在生物学上叫做，而人类是二倍体），使得育种和基因改造难度大。
一些科学家正在研究二倍体马铃薯以应对这些问题。但华中农业大学生物学家丁一教授（本研究第一作者之一）表示，过去也可能为实现可持续马铃薯提供了另一条路径。
也许，有朝一日，借助Etuberosum的部分基因，科学家们真的能让番茄长出可食用的地下块茎。
