有些物種在它們居住的環境中發揮着巨大的作用。海狸築起水壩，形成了魚類繁衍的池塘。海獺在海帶森林中吃了足夠多的海膽，這樣海帶就可以在不被吞噬的情況下生長。這些所謂的關鍵物種將他們的生態系統維繫在一起。
但是，如果生態系統不僅取決於一個單一的物種，而且可以由一個單一的基因來創造或破壞呢？在周四發表在《科學》上的一項研究中，研究人員證明了他們所謂的”關鍵基因”的存在。這一發現可能會對科學家思考生態系統以及其中的物種如何長期存在的問題產生影響。
在實驗室里，研究人員建立了幾個微型的生態系統，每個系統僅由四個物種組成。在食物鏈的最底層是擬南芥，一種小型的一年生植物，是生物學家最喜歡的研究對象（其基因組在20多年前被測序）。在每個生態系統中，該植物作為兩種蚜蟲的食物，而蚜蟲又反過來餵養一種寄生蜂。
每個麵包盒大小的生態系統包含多個擬南芥植物。在一些系統中，這些植物的基因是相同的單一栽培。在其他系統中，通過開啟和關閉三個基因，MAM1、AOP2和GSOH的不同組合來引入遺傳變異。研究人員專註於這些基因，因為它們維持着被稱為脂肪族葡糖醇的化合物的生產，這些化合物通過阻止飢餓的蚜蟲來保護植物。一些實驗性的生態系統在基因組合的數量上比其他生態系統有更多的變化。研究人員觀察植物、蚜蟲和黃蜂在每種情況下的共存情況如何。
正如研究小組所預期的那樣，具有更多遺傳多樣性的植物生態系統原來是更穩定的。對於研究人員加入的每一種具有不同基因構成的植物，與單一植物相比，昆蟲的滅絕率下降了近20%。但令研究人員震驚的是，這一結果似乎取決於一個單一的基因。無論多樣性如何，如果系統中包含有AOP2基因的某種變體或等位基因的植物，與沒有這種基因的系統相比，昆蟲的滅絕率下降了29%。
從本質上講，如果你改變了AOP2等位基因，你就會失去這些昆蟲。增加遺傳多樣性有助於昆蟲，因為它增加了蚜蟲遇到具有這一個關鍵基因變體的植物的可能性。研究人員預計到了多樣性的影響，但是單基因意外的大效果是令人驚訝的。
同樣令人驚訝的是AOP2等位基因對蚜蟲的影響機制。儘管該變體改變了植物生產其蚜蟲阻擋化合物的方式，但它也使植物生長得更快。這反過來又使蚜蟲，以及依靠它們為食的黃蜂更快地變大。以植物為食的蚜蟲實際上能夠變得更大，它們能夠更快地繁殖，因此它們的種群能夠更快地增長。
這一新的發現指出了一種機制，它可能使遺傳多樣性對維持生態系統至關重要。如果特定的基因變體，基石基因從種群中消失，其他物種可能會滅絕，而不僅僅是基因的主人。