Группа исследователей из Цюрихского университета (Швейцария) и Калифорнийского университета в Дэвисе (США) провела эксперимент с экосистемой из растения и нескольких видов насекомых и выяснила, что одного гена растения достаточно для регуляции экосистемы. Обнаружение «ключевого» гена может изменить подходы к сохранению биологического разнообразия. Исследование опубликовано в журнале Science.
Более 50 лет назад американский эколог Роберт Пейн обнаружил, что, если из экосистемы исчезнет один вид, то может значительно измениться ее структура и функции. Тогда ученый выяснил, что морские звезды — это «ключевой» вид, который выполняет роль сверххищника в каменистой зоне приливов и отливов.
Теперь группа экологов и генетиков выяснила, что мутация в одном гене тоже может сильно изменить структуру и функции в экосистеме. Ученые считают, что гены не только содержат информацию, которая определяет благополучие самого организма, но и могут влиять на выживаемость других видов в экологическом сообществе. Исследователи создали экспериментальную экосистему, которая состояла из хищника (паразитическая оса), двух травоядных (тли) и растения (резуховидка Таля — модельный организм). Ученые проанализировали влияние на экосистему трех генов резуховидки Таля, которые отвечают за ее способность вырабатывать химические вещества для защиты от травоядных. Оказалось, что хищник и травоядные лучше выживали на растениях с мутацией в гене AOP2. Эта мутация не только влияла на выработку химических веществ растением, но и позволяла ему расти быстрее. Это, в свою очередь, помогло хищнику и травоядным сосуществовать, поэтому экосистема находилась в стабильном состоянии. Таким образом, ученые назвали AOP2 «ключевым» геном, который оказался критически важен для выживания экспериментальной экосистемы.
Обнаружение «ключевых» генов может повлиять на подходы к сохранению биологического разнообразия в постоянно меняющемся мире. Знания, полученные из генетических и экологических исследований, помогут предсказать последствия генетических изменений для биологического разнообразия в разных масштабах. К уже существующим популяциям можно добавлять организмы с разными вариантами гена или даже ГМО. Так можно получить более разнообразные и, следовательно, более стабильные экосистемы. В то же время даже самое малое изменение в гене может запустить каскад нежелательных для экосистем последствий, если его не изучить детально.
«Мы только начинаем понимать влияние генетических изменений на взаимодействие и сосуществование видов. Наши результаты показали, что потеря генетического разнообразия, которая наблюдается сейчас, может запустить каскад последствий. Они могут привести к резким и катастрофическим сдвигам в стабильности и функционировании наземных экосистем», – прокомментировал один из авторов, Мэтт Барбур из Цюрихского университета.