物种的单个基因可导致其他物种灭绝

一些物种在其栖息环境中发挥着巨大的作用。河狸建造水坝，形成鱼群繁衍生息的小湖泊。海藻森林中的水獭吃掉了足够多的海胆，海藻可在不被吞噬的情况下生长。这些所谓的基石物种将其生态系统结合在一起。但是，如果生态系统不仅取决于单个物种，而是可以由单个基因制造或破坏呢？在发表在《科学》期刊上的一项研究中，研究人员证明了“关键基因”的存在。这一发现可能对科学家对生态系统及其中的物种随时间推移存续的思考方式产生影响。 在实验室中，研究人员构建了几个微型生态系统，每个生态系统仅由四个物种组成。位于食物链底层的是拟南芥，这是一种小型一年生植物，是生物学家最喜欢的研究生物（其基因组已在 20 多年前进行了测序）。在每个生态系统中，这种植物都是两种蚜虫的食物，而这些蚜虫又是寄生蜂的食物。每个面包盒大小的生态系统里都包含多种拟南芥植物。在一些系统中，这些植物在基因上是相同的——单一栽培。在另一些系统中，研究人员对三个基因——MAM1、AOP2和GSOH采用了不同的打开和关闭的组合，以此引入遗传变异。研究人员之所以选择这几个基因是因为它们维持名为脂肪族葡糖异硫氰酸盐的化合物的产生，这些化合物通过阻止饥饿的蚜虫来保护植物。一些实验生态系统的遗传组合数量比另一些生态系统的变化更多；研究人员观察植物、蚜虫和寄生蜂在每一种情况下的共存情况。 正如该团队预期的那样，具有更高遗传多样性植物的生态系统的结果更加稳定。和单一栽培相比，对于研究人员添加到组合中的每种具有不同基因组成的植物，昆虫的灭绝率下降了将近20%。但是令研究人员震惊的是，这一结果似乎取决于一个基因。不管多样性如何，如果系统包含了具有某种 AOP2 基因变体或等位基因的植物，那么和没有这种变体的系统相比，昆虫的灭绝率降低了 29%。本质上如果你改变 AOP2 等位基因，你就会失去昆虫。增加遗传多样性有助于昆虫，因为这增加了蚜虫遇到具有这一关键基因变异的植物的可能性。AOP2 等位基因影响蚜虫的机制也令人惊讶。尽管该变体改变了植物产生抗蚜虫化合物的方式，但它也使植物生长得更快。这反过来又使以植物为食的蚜虫和寄生蜂更快长大。