9月下旬，一個國際研究團隊分散到新墨西哥州一個偏遠的山脈，尋找一種難以捉摸的植物。該小組跋涉穿過崎嶇的地形，尋找纏繞在樹上的纖細藤蔓，或是在乾涸的溪岸邊低矮蔓延的跡象。
在沙漠灌木叢中度過了七天後，科學家們帶著一份大自然的饋贈離開了：野生豆薯豆植物。
科學家們想要收集這種豆科植物，它原產於美國西南部和墨西哥西北部的乾旱地區，因其具有頑強的體質：“它們在非常炎熱、乾燥的氣候中進化而來，因此它們具有非凡的耐旱和耐熱性，以及對某些極端土壤條件的潛在耐受性，”美國農業部豆類館長莎拉·多爾說，她參與了新墨西哥州的採集工作。
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這些品質可能會在一個變暖的星球上被證明是有益的，因為科學家們正在研究如何培育能夠承受氣候變化帶來的惡劣條件的豆類、辣椒、土豆和各種其他穀物、水果和蔬菜。
這些影響已經對全球農業造成了嚴重破壞。在美國西部，一場嚴重乾旱摧毀了加利福尼亞州的番茄和水稻生產。在瓜地馬拉，乾旱和降雨的綜合影響摧毀了玉米和黑豆的收成，這兩種都是主要的糧食作物。在撒哈拉以南非洲，炎熱的條件已經使小麥和玉米的產量自 1960 年代初以來減少了三分之一以上。
氣候和農業模型預測情況會進一步惡化。美國宇航局 (NASA) 2021 年的一項研究顯示，玉米是養活全球數十億人口的主要作物，其產量最早可能在 2030 年下降 24%。雖然其他主食，如小麥，實際上可能會看到產量增加，但研究人員表示，為了培育具有韌性和可持續性的糧食系統，實現農業多樣化非常重要。2014 年，在全球超過 6000 種栽培植物和地球上發現的 50000 多種可食用植物中，只有九種作物佔全球產量的三分之二。
新墨西哥州立大學植物科學家兼教授理查德·普拉特說，像豆薯豆這樣未被充分利用且耐寒的作物可能有助於實現糧食生產多樣化。它們的遺傳物質可能有助於使其他作物更耐旱和耐熱。普拉特與美國農業部和總部位於哥倫比亞的國際熱帶農業中心 (CIAT) 的同事一起參加了 9 月的考察。他們是越來越多的研究人員、植物育種家和其他科學家的成員，他們致力於保護被忽視的野生作物（為子孫後代安全儲存它們），並在適應氣候變化的競賽中培育更具韌性的植物。
例如：加州大學戴維斯分校正在牽頭一個耗資 1500 萬美元的多州專案，涉及 20 個機構，以加速小麥的育種週期，並研究幫助該作物在惡劣環境中茁壯成長的方法。在阿拉巴馬州的奧本大學，科學家們正在努力培育一種更能耐受乾旱條件的花生品種。在亞洲和非洲的部分地區，一些農民已經在種植由菲律賓國際水稻研究所開發的耐高壓“綠色超級稻”。來自各個機構的科學家們也參與了一項由挪威政府資助的大型專案，以鑑定、收集和評估野生作物，以供未來發展。
然而，仍然存在許多挑戰：作物育種是一個耗時的過程，因此研究人員很難跟上快速變化的天氣。基因測序和基因編輯技術的進步可以幫助加快這一過程，但也帶來了自身的考驗。一些研究人員警告說，例如，基因編輯技術 Crispr 可能會導致對 DNA 的意外改變以及作物野生近緣種的基因汙染。與此同時，消費者仍然想要美味的食物。農民則想要易於種植的作物。
隨著惡劣天氣的加劇，專注於適應氣候變化的作物的植物育種工作變得更加緊迫。“如果全球氣候變化繼續對我們不利，”普拉特說，“我們必須擁有具有韌性的作物。”
人類在馴化和雜交野生植物以生產具有更好風味和更高產量的新一代植物方面有著悠久的歷史。“無論你從超市吃到的蘋果、梨、葡萄還是香蕉，這些植物都曾在世界上的某個地方被人類馴化，”亞利桑那州圖森市亞利桑那-索諾拉沙漠博物館的研究員生態學家赫蘇斯·加西亞說。
例如，大約 9000 年前，當今墨西哥的早期土著農民將野生類蜀黍（一種草）改造成了今天世界各地生產的單稈、飽滿的玉米。
隨著遺傳學科學的發展，植物科學家可以更好地選擇植物更理想的性狀，如味道、顏色和大小，並開發出改良的栽培品種。但是，捕獲如此有限的性狀可能會導致遺傳多樣性降低，這可能會使植物更容易受到疾病、害蟲和環境影響。例如，愛爾蘭馬鈴薯饑荒部分是由於農民繁殖植物的方式導致每個馬鈴薯都是其自身的克隆。當一種真菌在 1840 年代開始感染這種根莖類蔬菜時，大部分作物都腐爛了，大約 100 萬人死於飢餓。
為了避免類似的農業災難，像普拉特這樣的科學家們正在轉向野生品種，因為它們可以提供過去幾十年可能被忽視的有價值的遺傳性狀。“野生豆薯豆種群中可能仍然存在許多栽培豆薯豆中沒有的遺傳多樣性，”普拉特說。例如，透過將野生標本與黑豆或斑豆雜交，科學家們也許能夠培育出一種新的品種，該品種能夠更好地忍受其近緣種茁壯成長的類似惡劣環境條件。
然而，第一步是找到能夠在野外提供這些更耐寒的遺傳性狀的作物。
正如普拉特和他的新墨西哥州團隊一直在尋找野生豆薯豆一樣，其他植物科學家也在努力收集和儲存作物的近緣野生種，這可以幫助開發適應氣候變化的品種，並確保不斷增長的全球人口的糧食安全。
“作物野生近緣種對更極端的條件具有耐受性，”邊境地區恢復網路（亞利桑那州南部的一個保護非營利組織）的本地植物專案經理佩林·麥克內利斯說。“它們沒有富含營養的土壤和日常澆水，所以它們只是更耐寒。”
幾年前，麥克內利斯的團隊與美國農業部的工作人員一起出發，收集在邊境地區山區峽谷內一片廣闊的保護區內的牧豆樹和鐵木樹的保護陰影下大量生長的野生小辣椒。來自附近和遠方的科學家們前來研究這種微小的圓形紅色小辣椒，它被認為是所有辣椒之母。這種辣椒也在德克薩斯州、新墨西哥州和墨西哥的部分地區野生生長。
麥克內利斯說，收集到的野生小辣椒標本已送往美國農業部實驗室，將有助於未來的研究和遺傳物質的保護，這些遺傳物質可能用於培育改良作物。
一項更大規模的野生作物品種收集工作涉及 25 個國家的 100 多名科學家，他們與總部位於德國的國際非營利組織作物信託基金合作。這項名為“作物野生近緣種專案”的倡議由挪威政府資助，並由英國皇家植物園邱園共同管理。
2018 年，科學家們完成了為期六年、在世界各地偏遠角落搜尋野生植物的工作。在其第二年釋出的報告中，該組織表示，它已獲得 371 種馴化作物的 4600 多個種子樣本，用於分發給全球基因庫，基因庫收集和儲存種子，其目的是讓科學家和育種家能夠利用這些種子進行進一步的研究和開發。他們發現的一些品種根本沒有在基因庫中出現過。
在某些情況下，採集者瞭解到，一些野生作物近緣種已經從其歷史棲息地消失。其他人則帶著以前從未採集過的標本返回，其中包括在哥斯大黎加海灘附近生長的一種普通豆類的微小野生近緣種。科學家們已經在種子樣本中發現了有用的性狀，包括胡蘿蔔、高粱和苜蓿等作物對乾旱、高溫和鹽度的不同程度的耐受性。
作物信託基金的傳播經理路易斯·薩拉查說：“作物野生近緣種要麼被忽視、被遺忘，要麼被視為對農業的威脅。”“但它們非常具有韌性，它們已經找到了一種獨自生存的方法。”
薩拉查說，這些具有韌性的性狀“是我們現在需要的，也是我們未來越來越需要的。”
野生作物近緣種可能很強壯，但它們通常不適合栽培，因為它們缺乏農民想要的性狀，如良好的味道和快速的生長速度。那麼，問題是如何開發出既能保留栽培品種的理想性狀，又能適應嚴酷條件的新物種。
培育新作物物種可以採用多種方法，但普拉特更喜歡傳統的育種方法：在新墨西哥州，他校園田間地塊和其他地點種植了不同品種的蔓生、結莢豆薯豆植物，以觀察它們對半乾旱土壤的適應程度。他選擇具有他正在尋找的特徵（如耐旱性和高產）的植物，然後可以利用這些植物培育出具有所需特徵的後代。
作為他的研究的一部分，普拉特研究了栽培豆薯豆品種在不同海拔高度和輕度至中度乾旱脅迫下產生高產的潛力。他發現，“豆薯豆不需要像普通豆類那樣多的水分就能產生相當的產量，”他說。
透過尋找野生豆薯豆，普拉特和他的同事們希望提高這種具有韌性的豆類在全球基因庫儲存的種子、植物和組織培養物中的代表性，並與農民分享，以養活世界。但是，普拉特說，關於如何最好地將這種有益的遺傳物質整合到容易受到高溫影響的普通豆類中，或者可能提高栽培豆薯豆的耐寒性，仍然有很多討論。
傳統的育種並非沒有侷限性。通常需要很多年才能產生理想的結果，並且在不引入不需要的性狀的情況下選擇特定的遺傳特徵可能很困難。
遺傳技術的進步使得加快植物育種成為可能。植物的基因就像藍圖，概述了它的外觀以及它將具有的性狀。植物遺傳學家可以比過去更快地識別出這些藍圖中感興趣的特定基因，這在很大程度上歸功於日益強大的 DNA 測序技術，該技術本質上是讀取植物的遺傳物質，以識別基因及其控制的性狀。
例如，蒙特利爾麥吉爾大學的科學家們已經對近 300 種土豆（包括野生品種）的 DNA 進行了測序，以建立一個“超級泛基因組”——一個物種的完整基因組集合。為了做到這一點，研究人員使用了基因庫，例如野生作物近緣種專案幫助建立的基因庫。美國農業部的長期研究遺傳學家雪萊·詹斯基說，DNA 測序就像一張路線圖，可以更輕鬆地選擇使土豆更耐疾病和環境負擔的性狀。
“泛基因組確實為我們提供了一個非常強大的工具，可以用來操控土豆的遺傳物質，並創造出比我們現在擁有的更好的土豆植物，”最近退休的詹斯基說，她沒有參與這項研究，但專門研究土豆遺傳學。