在华盛顿郊外美国农业部实验室的一个小房间里，长着一种类似膝盖高草的杂草，光、热和二氧化碳以稳定的水平到达植物体内。在一个多月的时间里，这些杂草一直维持着地球上35年后的正常状况——二氧化碳水平相当于城市交通堵塞，气温也已进入对地球健康有害的危险区域。
但是，这种杂草——一种叫做红稻的野生植物——非但没有被这种处理窒息，反而茁壮成长。该测试实验室模拟了到2050年全球预计的情况，届时将有另外26亿人想知道晚餐吃什么。
刘易斯·齐斯卡是美国农业部农业研究局的植物生理学家，研究除其他外，食品生产中的杂草和人类健康。杂草欺骗Ziska。杂草可能是最大的限制全球农作物产量。但它们也有有利于植物生长的特性。举例来说，红稻可以通过产生更多的茎和谷物来适应更多的二氧化碳和热量——红稻的种子比栽培稻多80%到90%。
现在，植物育种家和植物生理学家正利用这些特性，并指望所有可能的遗传变异来源，包括水稻杂草系，来提高栽培作物品种的产量。这种杂交可以在帮助世界主要粮食作物更好地适应气候变暖方面发挥重要作用。
一位科学家说:“杂草是一种价值尚未被发现的植物。”
像Ziska这样的植物生理学家通常把杂草分为两类:“一种不需要的或不需要的植物物种”和“土壤扰动后的早期植被”。Ziska认为第三种定义可能更合适:不受欢迎的花。“杂草是一种植物，其优点尚未被发现，”他转述爱默生的话说。
齐斯卡并不是唯一一个持这种观点的人。许多科学家现在相信，杂草可能是在全球变暖的情况下提高产量的解决方案之一。小麦、燕麦和水稻的野生品系——实际上是杂草——具有可能有助于使它们的驯化表亲适应不确定的未来的遗传特征。
为什么是杂草?当其他植物在极端的温度和降雨中枯萎时，杂草就会大量生长。齐斯卡研究杂草的救赎特质。在一个闷热的日子里，他在巴尔的摩一处废弃的工业区进行了这方面的研究，那里离他的美国农业部研究中心25英里，他在那里观察到的杂草比他在农村试验田生长的杂草大两到四倍。城市杂草促使对杂草的进一步研究，这些杂草可能对在高碳、高热量情景下种植作物很有价值。
齐斯卡尽量不把红米叫做杂草。有时他叫它臭米饭，但大多数时候他叫它野生米饭。所有的农作物在某种程度上都是野生的。它们被驯化的方式和农场里的牛和猪被驯化的方式一样:通过育种和选择。野生和野生作物亲缘关系是所有现代作物品种最初开发的原始遗传物质的来源，但这些自然变异的库尚未得到很好的研究。
从野生的祖传植物种群中繁殖可能是创造未来作物的关键。小麦育种在生产杂草系方面取得了重大进展，为食用小麦的培育奠定了基础。因为它有一个巨大的基因组，小麦可以结合更好地抵抗高温和干旱的特性。马修·雷诺兹，华盛顿大学小麦生理学项目主任国际玉米和小麦改良中心他说，小麦生产者是幸运的，因为他们在开发耐热和抗旱品种方面略微领先于市场。
繁殖系统允许古老的特征和基因不断循环和重组。
利用作物的野生亲属作为环境恢复力和抗病虫害的来源的价值导致了估计1150亿美元根据康奈尔大学的研究，这主要是通过增加产量来实现的。
虽然世界各地的1700个基因库可以轻易获取种子，但“它们在植物育种中没有充分发挥其潜力，”他说苏珊McCouch他是康奈尔大学的植物遗传学家。“在表现不佳的野生祖先和被遗忘已久的早期农民品种中，仍隐藏着大量有价值的基因和性状，可以通过将它们与高产的现代近亲杂交，从这些古老的植物中诱导出来。”这些十字架产生后代的家庭，为未来带来无数新的可能性。”
McCouch说，植物育种家的工作是结合洞察力、田间经验、技术和创新育种策略来选择最有希望的后代，并准备将它们作为新品种释放。繁殖系统允许古老的特征和基因不断循环和重组，每一代都产生无限的新可能性。
“同样的过程也发生在自然界中，”她说，“但植物育种者可以把来自不同来源的父母聚在一起，这些父母在野外永远不会找到彼此。”
改良水稻育种还有很长的路要走。一种作物从育种到生产大约需要10年时间，再用5年时间将其分配给农民。这是因为，选择那些包含了以前从未在农业中使用过的性状和基因组合的后代群体，然后测试它们对环境压力的适应能力，是一个极其缓慢的过程。
但是通过这样的工作，杂草可能会成为粮食生产中不太可能的英雄。红米。顾名思义，杂草红米看起来像种植的水稻——世界上30多亿人的主食——但它是一种亚洲野草。如果它进入了一片稻田，它就是一个激烈的竞争对手。因为它看起来很像大米，所以它变得隐蔽起来。它蓬勃发展。它传播得很快。当它成熟时，它长得比其他水稻更高。
对大米和其他谷物的需求预计每十年增长14%。
然后风把它的种子吹遍整片田野，庄稼就会自己生长起来。红稻不能被除草剂控制，因为它与大多数栽培稻是如此密切相关。一旦它在田里生根，它会使田里的水稻产量减少80%。五年之内，它就能成为某一领域的优势物种。从技术上讲，红米是可以食用的，但几乎不可能收获，因为它一旦结出种子，种子就会落在地上粉碎。
Ziska说，他们的目标是将使红水稻如此耐寒的特性转移到更普遍种植的水稻作物上。
到本世纪中叶，全球人口预计将达到96亿，对大米和其他谷物的需求预计将以每十年14%的速度增长。但是气候变化预计会减少这些作物的产量。今天的高温给水稻造成了压力，限制了生长，缩短了生长季节。不断增加的二氧化碳导致杂草的生长速度超过农作物的生长速度。沿海三角洲是世界上主要的水稻种植区，随着海平面上升和风暴加剧，沿海洪水不断加剧;作为全球最大的大米出口国之一，越南在湄公河三角洲的土地已经开始流失。
为了克服这些挑战，新的工具和技术被开发出来，使植物育种者能够利用越来越远的野生亲缘和外来亲缘，并释放仍然锁在这些自然变异库中的潜力。
然而，农作物的恢复力并不是什么灵丹妙药。麦可说:“让我们满足世界粮食需求的不是一种新性状、一种超级作物品种或一种新的管理系统。”“利用这些古老的变异来源，需要时间、精力和训练才能取得显著的遗传进展。”
但是唐纳德·博斯，美国马里兰大学环境科学中心他说农业科学必须迅速跟上气候变化的步伐。“这种适应需要快速，”Boesch说。“这不是我们可以逐步解决的问题。我们需要我们的科学来支持适应正在发生的快速变化。这给粮食安全带来了巨大的风险。”
Ziska认为杂草可能是解决方案的关键部分。他说:“今天的农作物的野生表亲可以让我们适应以满足粮食安全需求。”“我觉得这种关于杂草的悖论很吸引人。让我们把柠檬变成柠檬汁吧。”