Один ген контролирует видовое разнообразие в экосистеме
Более 50 лет назад американский эколог Роберт Пейн обнаружил, что удаление одного вида из экосистемы может кардинально изменить ее структуру и функционирование. Он обнаружил, что морские звезды действуют как ключевой вид, поскольку их присутствие и роль главного хищника поддерживают сосуществование различных видов в каменистой приливной зоне.
Группа экологов и генетиков из Цюрихского университета (UZH) и Калифорнийского университета в Дэвисе обнаружила, что мутация в одном гене также может кардинально изменить структуру и функционирование экосистемы. Исследование, опубликованное в журнале Science, предполагает, что ген не только кодирует информацию, определяющую приспособленность организма, но и может влиять на сохранение взаимодействующих видов в экологическом сообществе.
Открытие Жорди Баскомпте, профессора кафедры эволюционной биологии и экологии УЖ, и его команды было сделано с помощью экспериментальной экосистемы в лаборатории с хищником (паразитической осой), двумя травоядными (тлями) и растением Arabidopsis thaliana - генетическим модельным организмом.
Исследователи проверили влияние трех генов растения, которые контролируют естественный арсенал химических средств защиты растения от травоядных. Они обнаружили, что травоядные и хищники в их экспериментальном сообществе с большей вероятностью выживали на растениях с мутацией в одном гене под названием AOP2.
"Эта естественная мутация AOP2 не только повлияла на химический состав растения, но и заставила его расти быстрее, что в свою очередь помогло травоядным и хищникам сосуществовать, тем самым предотвратив разрушение экосистемы", - объясняет ученый из UZH и первый автор работы Мэтт Барбур. Подобно ключевым видам, таким как морская звезда, AOP2 действует как "ключевой ген", который критически важен для выживания экспериментальной экосистемы"
Открытие ключевого гена, вероятно, повлияет на то, как сохранить биоразнообразие в меняющемся мире. В частности, знания из области генетики и экологических сетей должны учитываться при прогнозировании последствий генетических изменений для сохранения биоразнообразия в разных масштабах.
Особи с различными вариантами гена или даже генетически модифицированные организмы могут быть добавлены к существующим популяциям для создания более разнообразных и устойчивых экосистем. Однако, казалось бы, небольшое генетическое изменение может вызвать каскад нежелательных последствий для экосистем, если не изучить его в деталях.
"Мы только начинаем понимать последствия генетических изменений для взаимодействия и сосуществования видов. Наши результаты показывают, что нынешняя потеря генетического разнообразия может иметь каскадные последствия, которые приведут к резким и катастрофическим изменениям в сохранении и функционировании наземных экосистем", - сказал Барбур.
