英屬哥倫比亞大學的一個國際研究小組發現了現代農業的擴張是如何將北美的一種本土植物–普通水麻–轉變為有害的農業雜草的。這項研究發表在《科學》雜誌上，它將來自當代農場和鄰近濕地的187個水麻樣品與儲存在北美各地博物館的100多個可追溯到1820年的歷史樣品進行了比較。

通過分析該植物在過去兩個世紀中的基因構成，研究人員能夠觀察到不同環境中的進化，就像研究古人類和尼安德特人的遺骸可以揭示人類歷史的關鍵見解。

來自密蘇里植物園標本館的155歲的水麻標本。資料來源：Julia Kreiner，不列顛哥倫比亞大學

第一作者、不列顛哥倫比亞大學植物系的博士後研究員Julia Kreiner博士說：”自20世紀60年代農業集約化以來，幫助該植物在現代農業環境中表現良好的基因變體已經迅速上升到了很高的頻率。”

研究人員在該雜草的基因組中發現了數百個有助於其在農場取得成功的基因，其中與耐旱、快速生長和抗除草劑有關的基因突變頻繁出現。Kreiner博士說：”我們在農業環境中施加的變化類型是如此強烈，以至於它們在鄰近的棲息地產生了我們通常認為是自然的後果。”

主要作者Julia Kreiner博士在德國圖賓根的古代DNA實驗室對歷史標本進行DNA提取。資料來源：不列顛哥倫比亞大學的Julia Kreiner

這些發現可以為保護工作提供參考，以保護以農業為主的地貌中的自然區域。減少農業用地的基因流動，並選擇更孤立的自然種群進行保護，可以幫助限制農場的進化影響。

普通水麻原產於北美洲，一開始它並不算是一種有問題的植物。然而近年來，由於包括抗除草劑在內的遺傳適應性，這種雜草已經變得幾乎不可能從農場中根除。

“雖然水麻通常生長在湖泊和溪流附近，但我們看到的基因轉變使這種植物能夠在更乾燥的土地上生存，並迅速生長以取代農作物，”共同作者、不列顛哥倫比亞大學基拉姆大學教授薩拉-奧托博士說。”鑑於水麻被選擇與人類農業活動一起茁壯成長，它基本上已經進化成了更多的雜草。”

生長在自然棲息地的水麻，伊利諾伊州南部的一個湖泊的沙地合併。資料來源：Julia Kreiner，不列顛哥倫比亞大學

值得注意的是，在目前的樣本中發現的七個抗除草劑突變中，有五個在歷史樣本中沒有。”現代農場強加了一個強大的過濾器，決定了哪些植物物種和突變可以通過時間持續存在，”Kreiner博士說。”對植物的基因進行測序，除草劑作為最強的農業過濾器之一脫穎而出，決定了哪些植物的生存和哪些植物的死亡。”

自1960年以來，攜帶七種抗除草劑突變中任何一種的水麻，與沒有突變的植物相比，每年產生的存活後代平均為1.2倍。

在自然棲息地也發現了抗除草劑的突變，儘管頻率較低，這讓人懷疑這些適應性對非農業環境中的植物生命的代價。Kreiner博士說：”在不使用除草劑的情況下，抗藥性對植物來說實際上是有代價的，所以農場裡發生的變化正在影響著野生植物的健康。”

農業實踐也重塑了在整個景觀中發現特定基因變體的地方。在過去的60年裡，一種雜草叢生的西南品種在北美地區向東發展，由於它們在農業環境中的競爭優勢，它們的基因被傳播到當地的種群中。

多倫多大學生態學和進化生物學教授、合著者Stephen Wright博士說：”這些結果突出了研究歷史基因組以了解短時尺度的植物適應的巨大潛力。將這項研究擴展到不同的規模和物種，將擴大我們對耕作和氣候變化如何推動植物快速進化的理解。”

該研究的共同作者、多倫多大學的John Stinchcombe教授說：”了解這些變種的命運以及它們如何影響非農場、’野生’種群中的植物，是我們工作的下一個重要步驟。”