英属哥伦比亚大学的一个国际研究小组发现了现代农业的扩张是如何将北美的一种本土植物--普通水麻--转变为有害的农业杂草的。这项研究发表在《科学》杂志上，它将来自当代农场和邻近湿地的187个水麻样品与储存在北美各地博物馆的100多个可追溯到1820年的历史样品进行了比较。

通过分析该植物在过去两个世纪中的基因构成，研究人员能够观察到不同环境中的进化，就像研究古人类和尼安德特人的遗骸可以揭示人类历史的关键见解。

来自密苏里植物园标本馆的155岁的水麻标本。资料来源：Julia Kreiner，不列颠哥伦比亚大学

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第一作者、不列颠哥伦比亚大学植物系的博士后研究员Julia Kreiner博士说："自20世纪60年代农业集约化以来，帮助该植物在现代农业环境中表现良好的基因变体已经迅速上升到了很高的频率。"

研究人员在该杂草的基因组中发现了数百个有助于其在农场取得成功的基因，其中与耐旱、快速生长和抗除草剂有关的基因突变频繁出现。Kreiner博士说："我们在农业环境中施加的变化类型是如此强烈，以至于它们在邻近的栖息地产生了我们通常认为是自然的后果。"

主要作者Julia Kreiner博士在德国图宾根的古代DNA实验室对历史标本进行DNA提取。资料来源：不列颠哥伦比亚大学的Julia Kreiner

这些发现可以为保护工作提供参考，以保护以农业为主的地貌中的自然区域。减少农业用地的基因流动，并选择更孤立的自然种群进行保护，可以帮助限制农场的进化影响。

普通水麻原产于北美洲，一开始它并不算是一种有问题的植物。然而近年来，由于包括抗除草剂在内的遗传适应性，这种杂草已经变得几乎不可能从农场中根除。

"虽然水麻通常生长在湖泊和溪流附近，但我们看到的基因转变使这种植物能够在更干燥的土地上生存，并迅速生长以取代农作物，"共同作者、不列颠哥伦比亚大学基拉姆大学教授萨拉-奥托博士说。"鉴于水麻被选择与人类农业活动一起茁壮成长，它基本上已经进化成了更多的杂草。"

生长在自然栖息地的水麻，伊利诺伊州南部的一个湖泊的沙地合并。资料来源：Julia Kreiner，不列颠哥伦比亚大学

值得注意的是，在目前的样本中发现的七个抗除草剂突变中，有五个在历史样本中没有。"现代农场强加了一个强大的过滤器，决定了哪些植物物种和突变可以通过时间持续存在，"Kreiner博士说。"对植物的基因进行测序，除草剂作为最强的农业过滤器之一脱颖而出，决定了哪些植物的生存和哪些植物的死亡。"

自1960年以来，携带七种抗除草剂突变中任何一种的水麻，与没有突变的植物相比，每年产生的存活后代平均为1.2倍。

在自然栖息地也发现了抗除草剂的突变，尽管频率较低，这让人怀疑这些适应性对非农业环境中的植物生命的代价。Kreiner博士说："在不使用除草剂的情况下，抗药性对植物来说实际上是有代价的，所以农场里发生的变化正在影响着野生植物的健康。"

农业实践也重塑了在整个景观中发现特定基因变体的地方。在过去的60年里，一种杂草丛生的西南品种在北美地区向东发展，由于它们在农业环境中的竞争优势，它们的基因被传播到当地的种群中。

多伦多大学生态学和进化生物学教授、合著者Stephen Wright博士说："这些结果突出了研究历史基因组以了解短时尺度的植物适应的巨大潜力。将这项研究扩展到不同的规模和物种，将扩大我们对耕作和气候变化如何推动植物快速进化的理解。"

该研究的共同作者、多伦多大学的John Stinchcombe教授说："了解这些变种的命运以及它们如何影响非农场、"野生"种群中的植物，是我们工作的下一个重要步骤。"

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