เกษตรกรรมเข้มข้นเปลี่ยนพืชป่าให้กลายเป็นวัชพืชที่แพร่หลายได้อย่างไร

ทีมนานาชาติที่นำโดยนักวิจัยแห่งมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบีย (UBC) เปรียบเทียบตัวอย่างกัญชา 187 ตัวอย่างจากฟาร์มสมัยใหม่และพื้นที่ชุ่มน้ำใกล้เคียง กับตัวอย่างประวัติศาสตร์มากกว่า 100 ตัวอย่างย้อนหลังไปถึงปี 1820 ซึ่งถูกเก็บไว้ในพิพิธภัณฑ์ทั่วอเมริกาเหนือ เช่นเดียวกับการจัดลำดับซากมนุษย์โบราณและซากมนุษย์นีแอนเดอร์ทัลที่ช่วยไขปริศนาสำคัญเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของมนุษย์ การศึกษาองค์ประกอบทางพันธุกรรมของพืชในช่วงสองศตวรรษที่ผ่านมาทำให้นักวิจัยสามารถเฝ้าดูวิวัฒนาการในสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงได้ Dr. Julia Kreiner นักวิจัยหลังปริญญาเอกจาก Department of Botany ของ UBC กล่าวว่า "ความแปรปรวนทางพันธุกรรมที่ช่วยให้พืชทำงานได้ดีในสภาพเกษตรกรรมสมัยใหม่ได้เพิ่มขึ้นเป็นความถี่สูงอย่างรวดเร็วอย่างน่าทึ่ง นับตั้งแต่เกษตรกรรมเข้มข้นขึ้นในทศวรรษที่ 1960" นักวิจัยค้นพบยีนหลายร้อยยีนในจีโนมของวัชพืชที่ช่วยให้ประสบความสำเร็จในฟาร์ม โดยยีนที่เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ของยีนที่เกี่ยวข้องกับการทนแล้ง การเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว และการต้านทานต่อสารกำจัดวัชพืชมักเกิดขึ้นบ่อยครั้ง ดร. ไครเนอร์กล่าวว่า "ประเภทของการเปลี่ยนแปลงที่เรากำหนดในสภาพแวดล้อมทางการเกษตรนั้นรุนแรงมากจนส่งผลกระทบต่อที่อยู่อาศัยใกล้เคียง ซึ่งเรามักจะคิดว่าเป็นธรรมชาติ" ดร. ไครเนอร์กล่าว การค้นพบนี้สามารถแจ้งความพยายามในการอนุรักษ์เพื่อรักษาพื้นที่ธรรมชาติในภูมิประเทศที่ถูกครอบงำด้วยเกษตรกรรม การลดปริมาณยีนที่ไหลออกจากแหล่งเกษตรกรรมและการเลือกประชากรธรรมชาติที่แยกตัวมากขึ้นเพื่อป้องกันอาจช่วยจำกัดอิทธิพลทางวิวัฒนาการของฟาร์มได้ กัญชาทั่วไปมีถิ่นกำเนิดในอเมริกาเหนือและไม่ใช่พืชที่มีปัญหาเสมอไป แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วัชพืชแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะกำจัดให้หมดไปจากฟาร์ม เนื่องจากการดัดแปลงทางพันธุกรรม รวมถึงการดื้อยากำจัดวัชพืช "ในขณะที่กัญชงมักจะเติบโตใกล้กับทะเลสาบและลำธาร การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่เราเห็นทำให้พืชสามารถอยู่รอดได้บนพื้นที่แห้งแล้งและเติบโตอย่างรวดเร็วเพื่อเอาชนะพืชผล" ดร. ซาราห์ ออตโต ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัย Killam แห่งมหาวิทยาลัยคิลแลมกล่าว ของบริติชโคลัมเบีย. "โดยพื้นฐานแล้ววอเตอร์เฮมพ์ได้พัฒนามาเป็นวัชพืชมากขึ้น เนื่องจากได้รับเลือกให้เจริญเติบโตควบคู่ไปกับกิจกรรมการ เกษตร ของมนุษย์" โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การกลายพันธุ์ที่ดื้อยากำจัดวัชพืช 5 ใน 7 รายการที่พบในตัวอย่างปัจจุบันไม่มีอยู่ในตัวอย่างในอดีต "ฟาร์มสมัยใหม่กำหนดตัวกรองที่แข็งแกร่งเพื่อพิจารณาว่าพืชชนิดใดและการกลายพันธุ์สามารถคงอยู่ได้เมื่อเวลาผ่านไป" ดร. ไครเนอร์กล่าว สารกำจัดวัชพืชมีความโดดเด่นในฐานะหนึ่งในตัวกรองทางการเกษตรที่แข็งแกร่งที่สุดชนิดหนึ่งที่กำหนดว่าพืชชนิดใดอยู่รอดและตายจากการจัดลำดับยีนของพืช Waterhemp ที่มีการกลายพันธุ์ที่ดื้อต่อสารกำจัดวัชพืชทั้งเจ็ดนั้นผลิตลูกหลานที่รอดชีวิตโดยเฉลี่ย 1.2 เท่าต่อปีตั้งแต่ปี 2503 เมื่อเทียบกับพืชที่ไม่มีการกลายพันธุ์ นอกจากนี้ยังพบการกลายพันธุ์ที่ต้านทานสารกำจัดวัชพืชในที่อยู่อาศัยตามธรรมชาติแม้ว่าจะมีความถี่ต่ำกว่าก็ตาม ซึ่งทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับต้นทุนของการปรับตัวเหล่านี้สำหรับชีวิตพืชในสภาพแวดล้อมนอกภาคเกษตร ดร. Kreiner กล่าวว่า "หากไม่มีการใช้สารกำจัดวัชพืช การดื้อยาอาจทำให้พืชมีต้นทุนสูง ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในฟาร์มจึงส่งผลกระทบต่อความสมบูรณ์ของพืชในป่า" ดร. ไครเนอร์กล่าว การปฏิบัติทางการเกษตรได้เปลี่ยนโฉมหน้าซึ่งพบความแปรปรวนทางพันธุกรรมเฉพาะทั่วภูมิประเทศ ในช่วง 60 ปีที่ผ่านมา พันธุ์วัชพืชทางตะวันตกเฉียงใต้ได้เพิ่มความก้าวหน้าไปทางตะวันออกทั่วอเมริกาเหนือ แพร่กระจายยีนของพวกมันไปสู่ประชากรในท้องถิ่นอันเป็นผลมาจากความได้เปรียบในการแข่งขันในบริบททางการเกษตร ดร. สตีเฟน ไรท์ ผู้เขียนร่วมและศาสตราจารย์ด้านนิเวศวิทยาและชีววิทยาวิวัฒนาการแห่งมหาวิทยาลัยโตรอนโต กล่าวว่า "ผลลัพธ์เหล่านี้เน้นให้เห็นถึงศักยภาพมหาศาลในการศึกษาจีโนมในอดีตเพื่อทำความเข้าใจการปรับตัวของพืชในช่วงเวลาสั้นๆ "การขยายงานวิจัยนี้ไปในสเกลและสปีชีส์จะขยายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวิธีการทำฟาร์มและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่ขับเคลื่อนการวิวัฒนาการของพืชอย่างรวดเร็ว" ศาสตราจารย์ John Stinchcombe แห่งมหาวิทยาลัยโตรอนโต ผู้ร่วมวิจัยกล่าวว่า "การทำความเข้าใจชะตากรรมของสายพันธุ์เหล่านี้และผลกระทบต่อพืชในพื้นที่นอกฟาร์ม ประชากร 'ป่า' เป็นขั้นตอนต่อไปที่สำคัญสำหรับงานของเรา"