本周四，发表在《科学》杂志上的一项科学研究表明，物种中或存在“关键基因”，这种基因的“关键”变体在实验系统中可以构建或破坏生态系统，从而影响其它物种的灭绝与否。国纳科技酱认为，“关键基因”的发现对于我们进行生物多样性的保护和恢复意义深远。

基因片段，图片源自网络

01自然界存在“关键物种”

我们知道，自然界某些物种在它们居住的环境中扮演着关键角色：海狸筑起水坝，形成鱼塘，从而让鱼儿得以在此繁衍生息；在海带生长的地方，水獭吃了足够多的海胆，从而让海带可以持续生长而不是被海胆尽数吃掉。

海狸筑起水坝，图片源自互联网

这些就是所谓的关键物种，它们将生态系统维系在一起，没有它们生态系统就难以为继。

02建立微型生态系统

那么生态系统仅仅取决于单个物种吗？物种中的单个基因会对生态系统构成怎样的作用呢？为了弄清这些问题，苏黎世大学生态学家马特·巴伯（MattBarbour）在实验室里建立了几个微型生态系统。

每个生态系统只有四个物种：位于食物链底部的是拟南芥（Arabidopsisthaliana），这是一种小型一年生植物，是生物学家最喜欢的研究生物（它的基因组早在20多年前就已经测序的）。两种蚜虫，它们以拟南芥作为食物；食物链顶部的则是一只寄生蜂，以蚜虫作为食物来源。

拟南芥常被用来研究遗传学，图片源自网络

实际上，科学家们搭建了多个微型生态系统，这种系统只有面包盒那么大，含有多种拟南芥。在一些微型生态系统中，拟南芥的基因是完全相同的，即单一栽培。而在其它微型生态系统中，科学家们通过打开和关闭三个基因——MAM1、AOP2和GSOH构成不同组合，从而人为引入遗传变异。科学家选择这些基因的原因在于，它们能维持一种叫作脂肪族硫代葡萄糖苷化合物的生产，而这种化合物的降解产物具有的特殊气味对饥饿的蚜虫具有威慑作用，以此来保护植物。

这些微型生态系统建立好之后，科学家们观察了拟南芥、蚜虫和寄生蜂在每种情况下的共存情况。

微型生态系统，图片源自互联网

03存在“关键基因”吗

一些研究结果在意料之内，拥有更多基因多样性拟南芥的生态系统变得更加稳定。具有不同基因组成的微型生态系统，与仅有单一基因组成的微型生态系统相比，蚜虫的灭绝率下降了近20%。

一些研究结果则完全出乎科学家的意料之外，可以说让科学家们非常震惊：微型生态系统是否健康似乎仅取决于一个基因。科学家们发现，无论物种多样性如何，包含具有AOP2基因的系统与不包含AOP2基因的系统相比，蚜虫的灭绝率降低了29%。实际上，如果我们改变了AOP2等位基因，我们就会失去蚜虫。遗传多样性的增加有助于蚜虫的生存，因为它增加了蚜虫遇到具有“关键基因”变体的拟南芥的可能性。但是单一基因的影响如此巨大，让科学家们很是意外。

一种基因片段，图片源自网络

另一个让人令人惊讶研究结果是AOP2等位基因影响蚜虫的机制，尽管AOP2变种改变了拟南芥产生抗蚜虫化合物的方式，但它也让拟南芥生长得更快。这反过来又让蚜虫以及依赖蚜虫为食的寄生蜂更快地生长。科学家发现，以这种含有“关键基因”AOP2的拟南芥为食的蚜虫实际上能够长得更大，繁殖速度也会更快，因此它们的种群能够更快地增长，这与科学家原来的想法可以说是背道而驰的。

上述结果，表明物种中是存在“关键基因”的，这些关键基因对生态系统具有非常大的影响力，甚至能够导致其它物种灭绝。

一种常见的蚜虫，图片源自网络

04“关键基因”存在的意义

科学家们早就知道，生态系统多样性比它们各部分单独加起来的作用要大，尤其是它们更加稳定。同样，由于适应环境变化的能力增强，遗传多样性更强的物种更容易生存，这好比我们多样化的投资组合：人们无法确定哪些基因会带来更大的成功，因此选择越多，成功的可能性就越大。

基因片段修剪，图片源自网络

科学家们认为，最新发现“关键基因”指出了一种机制，这种机制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——关键基因——从种群中消失，其他物种可能灭绝，而不仅仅是这些基因的所有者。只有拥有一个多样化的基因库的时候，单一重要突变被发现的机会才会增加。

国纳科技酱认为“关键基因”机制的发现，或让我们最终可以利用其来保护和恢复生物多样性。想一想，如果我们找到某些基因不仅能让物种更好地生存，还能促进生物的多样性，那会是怎样的场景？至于到底会带来怎样的结果，这仍然是一个有待未来解决的问题。大家对此怎么看呢？欢迎留言。#匠心创作奖#

基因编辑，图片源自网络

我是国纳科技酱，技术背景资深运营，百家匠心计划签约创作者，百家榜及优选计划上榜创作者，扎根空净/新材料/节能环保领域二十年，用冷静、专业视角给你带来不一样的科学认知。

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