有些物种在它们居住的环境中发挥着巨大的作用。海狸筑起水坝，形成了鱼类繁衍的池塘。海獭在海带森林中吃了足够多的海胆，这样海带就可以在不被吞噬的情况下生长。这些所谓的关键物种将他们的生态系统维系在一起。
但是，如果生态系统不仅取决于一个单一的物种，而且可以由一个单一的基因来创造或破坏呢？在周四发表在《科学》上的一项研究中，研究人员证明了他们所谓的"关键基因"的存在。这一发现可能会对科学家思考生态系统以及其中的物种如何长期存在的问题产生影响。
在实验室里，研究人员建立了几个微型的生态系统，每个系统仅由四个物种组成。在食物链的最底层是拟南芥，一种小型的一年生植物，是生物学家最喜欢的研究对象（其基因组在20多年前被测序）。在每个生态系统中，该植物作为两种蚜虫的食物，而蚜虫又反过来喂养一种寄生蜂。
每个面包盒大小的生态系统包含多个拟南芥植物。在一些系统中，这些植物的基因是相同的单一栽培。在其他系统中，通过开启和关闭三个基因，MAM1、AOP2和GSOH的不同组合来引入遗传变异。研究人员专注于这些基因，因为它们维持着被称为脂肪族葡糖醇的化合物的生产，这些化合物通过阻止饥饿的蚜虫来保护植物。一些实验性的生态系统在基因组合的数量上比其他生态系统有更多的变化。研究人员观察植物、蚜虫和黄蜂在每种情况下的共存情况如何。
正如研究小组所预期的那样，具有更多遗传多样性的植物生态系统原来是更稳定的。对于研究人员加入的每一种具有不同基因构成的植物，与单一植物相比，昆虫的灭绝率下降了近20%。但令研究人员震惊的是，这一结果似乎取决于一个单一的基因。无论多样性如何，如果系统中包含有AOP2基因的某种变体或等位基因的植物，与没有这种基因的系统相比，昆虫的灭绝率下降了29%。
从本质上讲，如果你改变了AOP2等位基因，你就会失去这些昆虫。增加遗传多样性有助于昆虫，因为它增加了蚜虫遇到具有这一个关键基因变体的植物的可能性。研究人员预计到了多样性的影响，但是单基因意外的大效果是令人惊讶的。
同样令人惊讶的是AOP2等位基因对蚜虫的影响机制。尽管该变体改变了植物生产其蚜虫阻挡化合物的方式，但它也使植物生长得更快。这反过来又使蚜虫，以及依靠它们为食的黄蜂更快地变大。以植物为食的蚜虫实际上能够变得更大，它们能够更快地繁殖，因此它们的种群能够更快地增长。
这一新的发现指出了一种机制，它可能使遗传多样性对维持生态系统至关重要。如果特定的基因变体，基石基因从种群中消失，其他物种可能会灭绝，而不仅仅是基因的主人。