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人们叫它“船难点”（the Boat Place）。
1859年5月30日清晨，弗朗西斯·麦克林托克（Francis Mc Clintock）船长抵达了这个被诅咒的地方。他的处境已经够艰难了。他的小队搭乘着“狐狸号”（Fox）蒸汽船在北极高纬度地区熬过了两个冬天。起初，除了腌制食品外，他们还有驯鹿、独角鲸、北极熊、海豹和海鸟作为补给；可是现在，几乎所有的野生动物都已绝迹，他们只能靠肉干和船上的饼干活命，跟坏血病做斗争。几天前，他们吃掉了几条雪橇犬。麦克林托克是一位经验丰富的极地探险家，但面对威廉王岛（King William Island），他只能说，没有比这里更阴森荒凉的地方了。
麦克林托克前往遥远的北极是为了寻找幽灵。十四年前，约翰·富兰克林爵士（Sir John Franklin）率领129个人去执行寻找西北航道（Northwest Passage）的任务。他的两艘船——英国皇家海军“幽冥号”（HMS Erebus）和“惊恐号”（HMS Terror），都是经过加固的海军炮艇，配有蒸汽引擎，满载最先进的极地求生设备。这趟旅程本应彰显英国的海上优势。然而，富兰克林连同他的船和手下消失在了的黑暗与寒冷中。这是英国探险史上最可怕的灾难。
接下来的十几年里，40多支探险队受命前去寻找失踪者。其中几支队伍的资助者是悲痛欲绝的约翰爵士遗孀——简·富兰克林夫人。直到1854年，探险家约翰·雷（John Rae）才利用他从北美原住民那里学到的生存技巧，在陆地上发现了真相：富兰克林带着手下向北航行，他们的船撞上了浮冰，最终，整支探险队被活活饿死。
麦克林托克的任务是：确认这便是富兰克林的最终命运
，而正是这个任务，让他目睹了船难点的孤独与恐怖。在遍布岩石的崎岖地面上，他发现了一艘28英尺
长的捕鲸艇，艇上搭载着几架可在陆地上拖行的雪橇。捕鲸艇内部和周围散落着乱七八糟的设备：成堆的衣物、怀表、发梳、一只珠绣钱包；上了膛的霰弹枪、测深绳、带纹章的银器、一本赞美诗；丝绸手帕、小刀、铅片。船上有两具衣着整齐的无头遗骸，残骸间散落着一些茶叶和数量可观的巧克力。雪橇指向北方，指向被困船只虚幻的希望，指向死亡。
麦克林托克搜集了一些证物，又返回“狐狸号”，喷着蒸汽的船返航了。
“而这，埃文，就是你没有带足午餐便一头冲向茫茫未知的下场。一切总是归结于食物。”
丽诺尔往椅子里一靠，微微打了个哆嗦，望向窗外灰雨中的加拿大温哥华。安大略省的埃文坐在Zoom视频的另一端。他也在发抖，尽管2020年夏日的暖意刚开始逼退料峭的春寒。
隔着半个大陆，我们都觉得冷。而且无聊。我们都在等待这个疫病肆虐的“北极之冬”赶快结束。丽诺尔的公寓感觉有点儿像一艘被冻在冰里的船。埃文的空间大一些，但他家的人更多。我们聊天的时候，埃文不时会把笔记本电脑搬起来换个房间，好躲开那几个在家里乱晃的十几岁的孩子。
那天我们来了场头脑风暴。在此之前，我们已经断断续续地聊了差不多两个月。我们是多年的同行兼朋友，但隔离加快了谈话的节奏。
新冠疫情带来的隔离刚刚开始时，我们主要在哀叹泡汤的旅行。疫情暴发前，我们大部分时间都穿梭于世界各地，研究全球食物体系。但在2020年3月，所有的其他国度都远得像在火星。
于是，在那命中注定的一天，我们意识到，只要发挥想象力，就有一个地方还能让我们研究全球食物体系：我们可以做一个思想实验，琢磨一下该怎么在火星上活下去。起初，我们都觉得这个主意很傻，但随着讨论的深入，思想实验演变成一项通过Zoom实施的两年期任务——视频这头是一个足以引发幽闭恐惧的狭小房间，那一头也是。
2020年4月，新冠疫情刚刚暴发，到处都没有厕纸，在那样一个时刻，我们决定去火星，至少在精神上。当然，第一个问题是：登上火星后，我们的晚餐该吃什么？
这个问题看起来可能有点奇怪，但它却最迫切需要答案。可怜的富兰克林吻别妻子、将最后一批淡水桶装上船、启航越过地平线的近两百年后，人类正在考虑踏上一段旅程，前往更幽深的荒凉地带——外太空，以及掩藏在那片丝绒般的黑色之后的——火星。
本书讲的是：要避免富兰克林、克罗泽（Crozier）和无数失败的探险家曾经面临的饥荒，最早的火星社区必须做什么才能养活自己。尽管往事中飘荡着“饥饿幽灵”，我们的故事仍是乐观的。在执行想象中的任务的过程中，我们逐渐开始相信，火星社区能够成功养活自己，并在此过程中发展出革新地球农业的技术。
看起来很荒谬？我们认为并非如此。我们的日常职业是学者。我们写严肃的书，做严肃的讲座，为加拿大和其他国家政府高层提供建议。在做所有这些工作的时候，我们运用自己的专业能力制定战略，可持续地养活全世界不断增长的人口。我们致力于解决与气候变化和肥胖有关的问题，研究如何帮助人类摆脱粮食安全的困境，寻求保护耕地的最佳方式。尽管如此（又或许正因如此），在我们看来，弄清第一代火星居民以何为食，或许能决定未来的人类如何养活自己。
本书完成之时，将人类送上火星的梦想正风靡一时。亿万富翁和太空狂人正在将红色星球之旅从影影绰绰的幻梦点化为可想象的未来。美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）筹备着在月球和火星上建立定居点。某些全世界最富有的人大谈飞向新世界的豪言壮语。
或许是因为疫情局限了我们的视野，才引发了这场太空热潮。也许卡尔·萨根（Carl Sagan）是对的。他曾写道：“尽管按部就班的生活有种种物质上的便利，却无法安抚我们的不安与空虚。哪怕已经在村庄和城市里生活了400个世代，我们依然没有忘记。迢迢的前路仍在轻声呼唤，仿佛一支近乎被遗忘的童谣。我们总爱赋予远方一层浪漫色彩。我怀疑，这种渴望已被自然选择精心塑造为我们生命中一种不可或缺的要素。长夏，暖冬，丰收，富足——这些都无法永恒持续。我们没有能力预测未来。巨大的灾难总会以某种方式悄然逼近，弄得我们措手不及。你的生命，你所在的群体，甚至你的整个种族或许都得感谢那不安分的一小撮人——出于某种连他们自己都说不清道不明的渴望，他们总是向往未被发现的土地和新的世界。”
也许我们都在沙发里坐了太久，看了太多网飞（Netflix）公司的节目。
无论出于什么原因，我们似乎正处于新太空竞赛的风口浪尖，在火星上生活的前景从某种角度迎合了这个时代的精神。但在内心深处，我们应该时刻铭记北极腹地的寒风，它吹拂着被遗忘的废船上破碎的帆。
第一次登上火星将彻底改变我们这个物种的游戏规则，但从某种角度来说，与这个任务的难度相比，开着“幽冥号”和“惊恐号”强行穿过冰封的西北航道简直算不得什么挑战。
人们会死在火星上。他们会死于窒息，会被低至零下150℃的低温冻僵。他们会在低重力下跌跌绊绊，会被辐射困扰——而在地球上，厚重的大气层足以削弱辐射。尽管将人送上红色星球的成本高得惊人，他们还是会死。“火星计划”需要耗费的数十亿美元在地球上能派上很多用场：修建学校、培训医生、纾解贫困。所以，开宗明义，我们不妨坦率地问：为什么要去？为什么要大费周章，在距离我们演化适应的星球如此遥远的火星上定居？第一批飞往火星的人所面临的风险是惊人的。
为了给这趟虚构的旅程搭建舞台，我们编了一个小故事。和本书的每个章节一样，这个故事是通过Zoom视频电话商量出来的。当时，埃文的家乡圭尔夫（Guelph）雪花纷飞，一派田园风光。而在丽诺尔背后，雾中的温哥华灯火璀璨。
“埃文，”丽诺尔开了头，“我希望你想象一条河……”
这条河水深浪急，隔开了两座繁华的城市。商人们只能壮着胆子，借助昂贵、缓慢、危险、难以预测的渡船来完成交易。
有一天，一位工程师站在河岸上，想着要是能在河上修一座桥该有多好。但主河道太宽，她知道，哪怕做出最好的设计，这座桥也会因为无法承受自身重量而坍塌。
“除非，”这位工程师想，“我能将作用于桥身的巨大力量分散到桥墩上。这样就能把桥建起来了。”我们的工程师能想象这样一座桥，但她还造不出来。
人类解决这个问题的方法有几种——收钱摆渡的船夫；下游20英里处有一片浅滩——但这位工程师想到的是最优雅的解决方案之一。她设计了一座桥，支撑桥身的石礅以优雅的弧线伸向对面。而在连接处，她想象出了一种全新的东西：一块拱顶石。楔形的拱顶石补足了弧线，固定了桥的位置，并将桥身的巨大重量分散到了河岸两侧的石礅上。
无论是从字面意义上还是从比喻意义上说，那些构想出拱顶石技术的人都至关重要。我们铭记着他们。他们与历史上“灵光乍现”的伟大时刻息息相关。世界由此改变，不可能成为可能。
但只有拱顶石还不够，因为某件事在理论上可行并不代表它一定能够实现。比如，这位工程师可能会发现，开采这么多石头太慢、太难；或者把原材料运到工地的成本太高；或者现有的砂浆太脆弱，无法承受拱桥的重量。要让理论上可行的桥梁成为现实，需要的不仅仅是拱顶石技术，还必须解决大量次级和再次级问题。
这位工程师可以等待这些次级问题通过渐进的革新或其他关键技术的发展来解决，也可以自己主动解决部分或所有问题。其中的部分创新可能会进展迅速，另一部分可能会因缺乏技术支撑而走进死胡同。还有些新变化甚至可能会对我们的工程师造成不利影响，譬如石匠的时薪上涨。但有趣的是，这些问题单拎出来不一定会产生多大影响；搜集、整合所有支撑技术和流程的能力才是决定你能否实现全新创造的关键。
虽然支持创新的后续变化比原始创新本身更微妙，但从目前来看，原始创新的影响也更为深远。突然之间，这座桥并非只存在于理论上或实践上，它必然会建成。桥修起来了，渡船服务一去不返；接下来，大跨度桥梁开始出现在河流的上游和下游（也出现在全世界的其他河流之上）。次级创新和三级创新引发了技术的指数级进步和成本的指数级下降。世界走过了一个奇点，从此以后，历史被永久性地划分为大跨度桥梁出现之前和之后两个时代。从拱顶石开始，其他创新者进一步发展出了系杆拱桥、下承拱桥、斜拉桥和悬索桥。最终，我们开车穿越金门大桥，而全世界的渡轮从业者却百思不得其解：到底发生了什么？
“所以实际上我们讲的是两个故事。其中一个故事讲的是：缺乏远见和应变能力会带来灾难……这是富兰克林的故事。但在另一个故事里，创新掀起了正向改变的浪潮……我们的工程师和她的桥。”
“一点没错，埃文，精彩的是，在探索火星的过程中，这两个故事都有可能发生。崩盘还是进步。失败还是幸存。幸存会让我们更强大。”
“这么说的话，食物就是那块拱顶石？”
“对极了！事实上，它在很多时候都是。”
丽诺尔的“河流寓言”以一种有趣的方式讲述了创新是如何推广开来的。在本书中，我们描述人类建立火星社区的雄心壮志时，也会采取这种方式。它也很适合用来描述近百年前那场绿色革命（Green Revolution）的始末。在那几十年间，新的关键技术彻底改变了食物和农业体系，带来了如今大多数人赖以生存的工业化食物体系。
按照大部分史书的说法，绿色革命的始祖是诺曼·布劳格（Norman Borlaug），他因帮助养活了全球不断增长的人口而荣获诺贝尔奖。布劳格在20世纪五六十年代的工作最广为人知——在他的帮助下培育出了产量远高于旧时品种的高产小麦和稻米。我们通常把布劳格培育的植物看作“拱顶石”般的重磅创新。
但要深究绿色革命的历史，我们就会发现，布劳格这样的植物育种家创造的关键技术只是对20世纪早期出现的另外几种技术突破的整合。
故事大致如此：在历史上的大部分时期，水资源、劳动力和植物可用氮数量限制了农民可耕种的土地面积和该地的产量。一万年来，农民咬牙挥汗，千方百计突破这些基本限制。各国发展出压榨劳动力的体制，例如古苏美尔人用奴隶来挖掘巨型灌溉渠。各地农民靠施肥和种植豆科作物来确保土壤含氮量。牛、马甚至人都被套上犁去挖地。赤道附近的岛屿满是富含氮元素的鸟粪，遂遭军队占领，收获的鸟粪滋养了欧洲和北美洲的土地。
到20世纪初，人类逐渐发现了利用工业来克服这些限制因素的方法。1920年前后，拖拉机开始取代马和人，成为众多农业体系中最重要的劳动力。越来越大的柴油发动机带来了更深的井和更有效的灌溉。一位名叫弗里茨·哈伯（Fritz Haber）的化学家和一位名叫卡尔·博世（Carl Bosch）的工程师弄清了如何通过化学过程生产氮肥。
到1940年左右，工程师和科学家已经熟练掌握了新方法，给农作物提供超过其需求的水、氮和劳动力。然而尽管旧时限制产量的条件被一一突破，这些技术却既未带来产量跃升的新远景，也没有改变农业的形态，原因很简单：决定性的关键技术尚未出现。问题在于：即便有了充足的氮和水，传统品种的小麦或水稻也只会长得更大、更重，以至于无法成熟。植株会被自身重量压垮。诺曼·布劳格的贡献在于：他培育出了谷穗饱满也能挺直腰杆的短茎品种。这些所谓的矮秆种就是将其他所有革新融合成“奇点时刻”的关键技术。
突然间，隐喻之桥已成。持续了一万年的农业形态在一代之间全然改变。