لم يكن الأسبوع الأول الذي قضته آن سالومون كطالبة دراسات عليا في عام 2001 هو ما توقعته. وبينما كان الطلاب الجدد الآخرون يتوجهون إلى المحاضرات التمهيدية، تم نقل سالومون بعيدًا بشاحنة ثم بقارب آلي إلى جزيرة تاتوش، التي تقع قبالة شاطئ الطرف الشمالي الغربي لشبه الجزيرة الأولمبية في واشنطن. من بين برك المد والجزر في هذه الجزيرة المعزولة، أطل سالومون على شبكة الحياة على الصخور: نجوم البحر المغرة، والبرنقيل، وبلح البحر، والقواقع، والطحالب المتنوعة التي اتخذت أشكالًا تذكرنا بالخس، والطحالب، ولفائف الفقاعات.

كانت زيارة هذا النتوء الذي ضربته الأمواج بمثابة طقوس مرور لزملاء بوب باين في المختبر. قبل عقود من الزمن، كان باين مسلحًا بمخل، وكان أول من قام بنزع اللون الأرجواني بيزاستر نجم البحر - أكبر الحيوانات المفترسة في النظام البيئي - من برك المد والجزر في خليج مكة القريب وألقاها في البحر حتى يتمكن من معرفة القوى التي تنظم مجتمع المخلوقات الملتصقة بالصخور. ستؤثر النتائج بشكل عميق على البيئة والحفظ والتصور العام للطبيعة. وبعد ثلاث سنوات من عدم وجود نجم البحر، انخفض عدد الأنواع الخمسة عشر الموجودة أصلاً في البرك إلى ثمانية. وبعد 15 سنوات، هيمنت تربية بلح البحر الأحادية على الشاطئ.

• نتائج تجربة باين، نشرت في عالم الطبيعة الأمريكي في عام 1966، أظهر أن نوعًا واحدًا يمكن أن يكون له تأثير كبير على المجتمع البيئي. عندما شارك باين النتائج التي توصل إليها مع عالم البيئة القديمة والمحافظ على البيئة إستيلا ليوبولداقترحت أن المفهوم القوي يستحق اسمًا مثيرًا للذكريات. وفي ورقة لاحقة، أشار إلى بيزاستر نجم البحر هو "نوع حجر الزاوية"، في إشارة إلى حجر الأساس المعماري: الحجر على شكل إسفين فوق القوس الذي، بمجرد إدخاله، يمنع الهيكل من الانهيار. قال: "كان لدى بوب عقل شاعري وسرد إلى حد ما". ماري باور، أستاذ فخري في جامعة كاليفورنيا، بيركلي الذي درس على يد باين. (توفي باين في عام 2016.)

كرّس سالومون وباور وغيرهما من طلاب باين أعمالهم العليا لتحسين مفهوم حجر الأساس وتحديد "حجر الأساس" البيئي للأنواع رياضيًا. ولكن مثل نجم البحر الذي يتلألأ على الصخور، سيطرت هذه الاستعارة على المخيلة العلمية والعامة. لقد فقد العديد من علماء البيئة والمدافعين عن البيئة الأهمية الأصلية التي أعطاها باين لهذا المصطلح وبدأوا في وصف كل الأنواع المهمة على ما يبدو بأنها حجر الزاوية. وفي الواقع، وجد تحليل نُشر العام الماضي أنه تم تصنيف أكثر من 200 نوع على أنها حجر الأساس. لقد أصبح استخدام هذه التسمية واسع النطاق لدرجة أن بعض علماء البيئة يخشون أن تفقد كل معناها.

يعمل علماء البيئة اليوم على تحسين ما تعنيه عبارة "الأنواع الأساسية" ويدافعون عن تطبيق أكثر تميزًا. ويقولون إنه من خلال تحديد أكثر صرامة للأنواع الأساسية، يمكن لواضعي السياسات تحديد وحماية الأنواع التي لها تأثيرات غير متناسبة على النظم البيئية بشكل أفضل. ويمكن للتطبيقات الجديدة في الطب الميكروبي أن تساعد علماء الأحياء على تحديد تأثير الأنواع الأساسية بشكل أكثر دقة، الأمر الذي يمكن أن يفيد ليس فقط النظم البيئية، بل صحة الإنسان أيضًا.

أهمية الأنواع

في العقود التي سبقت إجراء باين تجربته الشهيرة الآن، كان علماء البيئة قد اتفقوا على النظرية القائلة بأن الأنواع التي تتقاسم الموطن كانت مرتبطة في شبكة هرمية من يأكل من. في الأعلى كانت هناك حيوانات مفترسة نادرة، والتي كانت تأكل الحيوانات المفترسة الصغيرة أو الحيوانات العاشبة، والتي كانت تستهلك هي نفسها "منتجات" وفيرة مثل النباتات أو الطحالب، والتي تتغذى مباشرة من أشعة الشمس والتمثيل الضوئي. يعتقد علماء البيئة أن استقرار الشبكة يتم التحكم فيه من الأسفل إلى الأعلى من خلال توفر المنتجين.

ولكن بحلول الستينيات، تغير هذا التفكير. هل يمكن أيضًا أن تتأثر المجتمعات بشدة بالحيوانات المفترسة؟ ربما سيطر الغطاء النباتي على النظم البيئية ليس لأن المنتجين حدوا من الأنواع الأخرى، ولكن لأن الحيوانات المفترسة منعت الحيوانات العاشبة من الرعي الجائر. كانت تجربة باين واحدة من أولى التجارب التي أظهرت بشكل مقنع مثل هذا التحكم من أعلى إلى أسفل في الوقت الفعلي.

ثم عالم البيئة جيمس إستس وثق كيف لعبت ثعالب البحر في غابات عشب البحر البحرية في كاليفورنيا دورًا أساسيًا مشابهًا لدور نجم البحر في برك المد والجزر في باين. في ورقة بحثية نشرت عام 1974 في علوملقد وصف كيف أن ثعالب البحر، وهي نوع واحد مفترس، نظمت التنوع من مجتمع غابة عشب البحر. ثعالب البحر أبقت قنافذ البحر العاشبة تحت السيطرة ؛ بدون الحيوانات المفترسة، رعي القنافذ الجائر وقضى على مجموعة الأنواع التي تعتمد على عشب البحر بالكامل.

وقد برزت هذه الدراسات والفكرة الأساسية في نفس اللحظة التي بدأ فيها الوعي البيئي الأميركي في الظهور. وفي عام 1973، أصدر الكونجرس قانون الأنواع المهددة بالانقراض، والذي اتخذ نهج يركز على الأنواع للحفاظ على الحياة البرية. إن فكرة استعادة تعداد نوع واحد - ربما تكون حجر الزاوية - يمكن أن تضمن التنوع البيولوجي لمجتمع بيئي يتماشى مع هذا الإطار القانوني الجديد.

ونتيجة لذلك، أصبح لمفهوم الأنواع الأساسية حياة خاصة به. قام العلماء والمدافعون عن البيئة بتطبيق هذا المصطلح بشكل متزايد على أي نوع يعتبر مهمًا، مما أدى إلى إساءة توصيف فكرة باين الأصلية. من الواضح أن أهم الحيوانات المفترسة، مثل الذئاب وأسماك القرش، التي كان لغيابها تأثيرات جذرية، كانت بمثابة حجر الزاوية. وكذلك كان مهندسو النظام البيئي الذين يغيرون الموائل مثل القنادس ونقار الخشب والبيسون وكلاب البراري. ولكن لم يمض وقت طويل حتى كانت هناك أيضًا إشارات علمية إلى الحيوانات العاشبة الأساسية، والنباتات الأساسية، والملقحات الأساسية، وحتى مسببات الأمراض الأساسية. تم تصنيف مجموعات الأنواع التي تعتبر مهمة على أنها "النقابات الأساسية".

ومع تزايد شعبية هذا المصطلح، عمل علماء البيئة بهدوء على تعريف رياضي للعلاقات بين عقد الأنواع في الشبكة البيئية. وفي جزيرة تاتوش، واصل طلاب باين فحص برك المد والجزر، وإضافة أو حذف الأنواع لمعرفة أي منها أكثر أهمية للمجتمع. ومن خلال إجراء قياسات دقيقة على مدى سنوات عديدة، حددوا القدرة النسبية لكل مرعى للتأثير على قدرة عشب البحر الصغير على ترسيخ جذوره - وهو قياس أطلق عليه باين "قوة التفاعل للفرد"، والذي أصبح يعرف فيما بعد باسم "حجر الزاوية". إذا كان لدى كائن حي درجة عالية من الانحراف، فإن كل فرد كان له تأثير كبير بشكل غير متناسب على نظامه البيئي.

ومع ذلك، فإن معظم الناس لم يتبعوا هذه الرياضيات البيئية الجديدة. وبحلول تسعينيات القرن العشرين، أصبح بعض علماء البيئة منزعجين من أن الإفراط في استخدام "الأنواع الأساسية" كان يؤدي إلى تحويل وتقليص معنى هذا المفهوم. لقد حان الوقت لتقسيمها. وفي ديسمبر/كانون الأول عام 1990، انعقد مؤتمر صغير لعلماء البيئة - بعضهم يعرّفون أنفسهم بأنهم "رجال الشرطة الأساسيون" - في هيلو، هاواي، لوضع تعريف متفق عليه. وبعد حسابات باين وباور، اتفقا على أن "الأنواع الأساسية هي الأنواع التي تكون تأثيراتها على مجتمعها أو نظامها البيئي كبيرة، وأكبر بكثير مما يمكن توقعه من وفرتها".

وبموجب هذا التعريف، لا يعتبر سمك السلمون من الأنواع الأساسية على الرغم من أهميته البيئية. وقال سالومون: "إذا أخرجت سمكة سلمون واحدة من النهر، فلن يكون لها تأثير كبير". في المقابل، إذا أخرجت نجمًا بحريًا واحدًا من منطقة المد والجزر، "فسيكون له تأثير كبير".

لقد كان مؤتمر هيلو جهداً جديراً بالاهتمام. لكن ذلك لم يمنع الباحثين من تسمية أحجار أساسية جديدة في العقود التالية. قال: "المشكلة هي أنه لا توجد معايير يلتزم بها الباحثون في تحديد كائن دراستهم باعتباره حجر الزاوية". بروس منج، عالم بيئة مجتمعية في جامعة ولاية أوريغون وطالب دراسات عليا سابق آخر في باين. "لأي شخص الحرية في أن يقترح أو يجادل أو يتكهن بأن نوعه هو حجر الأساس." وبالفعل، كشف تحليل جديد مؤخرًا عن المدى الذي وصل إليه هذا المفهوم.

نحن جميعًا حجر الأساس هنا

في عام 2021، كانت إيشانا شوكلا طالبة دراسات عليا في جامعة فيكتوريا وتتطلع إلى تحليل سمات الأنواع الأساسية. قالت: "اعتقدت بسذاجة أنه يمكنك فقط البحث في Google عن قائمة بالأنواع الأساسية وستظهر قائمة جميلة". وعندما لم تتمكن من العثور على واحدة، فكرت في إنشاء واحدة خاصة بها. لقد استخرجت أكثر من 50 عامًا من البيانات المنشورة، والتي شملت 157 دراسة، وحددت 230 نوعًا تعتبر أساسية. ورأت أنه مع تقدم المعرفة البيئية، «بدأت وظيفة حجر العقد تتوسع على نطاق أوسع».

باستخدام تقنية تحليلية تنظم العناصر في مجموعات ذات صلة، قامت هي والمؤلفون المشاركون معها العثور على خمسة أنواع من الأنواع الأساسية: الفقاريات الكبيرة آكلة اللحوم مثل أسماك القرش والذئاب؛ آكلات اللافقاريات مثل قنفذ البحر طويل الأشواك وفراشة الملفوف؛ الأنواع متوسطة القطيع التي تكون مفترسة ومفترسة، مثل الدنيس والأسماك ذات الرأس الكبير؛ واللافقاريات التي تؤدي أدوارًا حيوية في الشبكات الغذائية مثل الجمبري الشمالي ونحل العسل؛ والثدييات الصغيرة التي تعدل بيئاتها مثل فأر الجليد وكلب البراري ذو الذيل الأسود.

وقال: "لقد حددنا مجموعة كاملة من الركائز الأساسية التي لا تحظى بالضرورة بإجراءات الحفظ أو الاهتمام بالحفظ، ولكن يمكننا أن نرى أنها ذات أهمية كبيرة لنظامنا البيئي". شوكلا، وهو الآن طالب دكتوراه في جامعة كاليفورنيا، ديفيس.

وقال: "إن الرسالة الأكثر أهمية من هذه الورقة هي أن الأنواع الأساسية ليست كلها متشابهة". ديان سريفاستافا، وهو عالم بيئة مجتمعي في جامعة كولومبيا البريطانية، والذي قام، أثناء عمله في كوستاريكا، بتحديد يرقات damselfly كأنواع أساسية في المياه المتجمعة داخل أوراق البروميلياد. "إن التصور العام للأنواع الأساسية هو أنها ثدييات أرضية كبيرة ... ولكن في الواقع، معظمها ليس كذلك. معظم الأنواع الأساسية مائية. كثير منهم ليسوا حيوانات مفترسة. هناك عدد لا بأس به من اللافقاريات».

ومع ذلك، لم تحاول الورقة تقييم ما إذا كانت هذه الأنواع تمثل حجر الأساس الرياضي الحقيقي أم لا. وبدلاً من ذلك، قالت منجي، إن شوكلا ومعاونيها قاموا فقط بتلخيص كيفية استخدام هذا المصطلح وإساءة استخدامه. وبهذه الطريقة أكد البحث، بدلًا من التعقيد، على "الاستمرار في الاستخدام الليبرالي لمصطلح "الأنواع الأساسية" للإشارة إلى أي متفاعل قوي له عواقب غير مباشرة"، كما قال.

لم تتضمن أي من فئات شوكلا الميكروبات. في الواقع، لم يفكر باين وآخرون في الكائنات الحية الدقيقة على الإطلاق في تجاربهم. ومع ذلك، أصبح قياس الانحراف الكمي موضوعًا لسلسلة جديدة من الأبحاث في علم الأحياء الدقيقة الطبية.

حجر الزاوية في أمعائك

تشتمل الميكروبات على مئات إلى آلاف الأنواع الميكروبية التي تتفاعل في نظام بيئي معقد. فلماذا لا يكون لديهم أنواع أساسية أيضًا؟

وقال: "من المفترض أنه إذا كان هناك نوع أساسي، فقد يكون النظام هشًا للغاية". يانغ يو ليو، الذي يدرس الميكروبيوم في مستشفى بريجهام والنساء وكلية الطب بجامعة هارفارد. على سبيل المثال، إذا قتلت المضادات الحيوية الميكروب الأساسي في أمعائك، فقد ينهار النظام البيئي الميكروبي ويسبب مضاعفات صحية. وقال: "لهذا السبب أنا مهتم بتحديد الأنواع الأساسية من المجتمعات الميكروبية".

ليس من الممكن تقنيًا أو أخلاقيًا إزالة الأنواع من الميكروبات البشرية واحدًا تلو الآخر، بالطريقة التي قد تقوم بها بقطف نجم البحر من الصخور. بدلا من ذلك، ليو وزملاؤه تحولت إلى منظمة العفو الدولية في ورقة نشرت في نوفمبر في البيئة الطبيعة والتطور. وباستخدام بيانات من قواعد بيانات ميكروبيوم الأمعاء والفم والتربة والشعاب المرجانية، قاموا بتدريب نموذج التعلم العميق لتصنيف أهمية الأنواع في المجتمعات الميكروبية من خلال النظر في ما حدث للمجتمع بعد إزالة كل نوع من الميكروبيوم النموذجي الخاص به - تحديد حجم حجر الأساس بشكل أساسي - طبيعة كل ميكروب .

وفي تحليل ليو، قال: "لم نجد أي نوع ذو حجم كبير جدًا". وكانت أعلى قيمة محسوبة حوالي 0.2. وقال: مع تعريفهم لحجر الأساس الذي يتراوح بين صفر و1، فإن "0.2 ليس رقمًا كبيرًا حقًا".

هذا لا يعني عدم وجود حجر الأساس في المجتمعات الميكروبية. يعتقد ليو أن هذه المجتمعات تتمتع بمستويات عالية جدًا من التكرار الوظيفي، مما يعني وجود أنواع متعددة قد تؤدي أدوارًا بيئية مماثلة وبالتالي يمكن أن تكون قابلة للتبديل. وقد تتمتع بعض الأنواع بدرجة عالية من الانحراف، ليس بالمعنى المطلق، ولكن بالنسبة إلى الميكروبيوم الخاص بشخص معين، والذي يكون شخصيًا للغاية. وقال ليو: "هذه الأنواع مهمة للغاية، بمعنى أنه إذا قمت بإزالتها، فقد يتغير النظام كثيرًا".

وبهذا المعنى، في المجتمعات الميكروبية، يعتمد مفهوم الأنواع الأساسية على السياق. قد لا يكون حجر الزاوية في أحد الميكروبات بمثابة حجر الزاوية في ميكروبيوم آخر. قال ليو: "أشعر أن هذا الجانب لم يحظ بتقدير كبير من قبل علماء البيئة".

يتصارع علماء البيئة الآن مع هذه الطبيعة السياقية للأنواع الأساسية التي تتجاوز الميكروبات ويفكرون فيما إذا كان هذا المفهوم مهمًا وكيف يحدث ذلك وسط واقع فقدان التنوع البيولوجي.

إعادة تقييم الاستعارة

كرّس منجي حياته المهنية لفهم بنية المجتمع البيئي، ومواصلة التركيز على الشواطئ الصخرية من خلال دراساته العليا مع باين. لقد وجد أن النجم الأرجواني الشهير لـ Paine ليس من الأنواع الأساسية في كل مكان. ويكون أقوى في بعض الأماكن، على سبيل المثال في برك المد والجزر التي تضربها الأمواج بشكل مكثف. وقال: "في الواقع، في الأماكن الأكثر محمية، لا يشكل نجم البحر حجر الزاوية على الإطلاق".

جاء باين ليقبل هذا أيضًا. وفي ألاسكا، حيث لا يوجد بلح البحر المفضل لدى المزيد من النجوم الأرجوانية الجنوبية، فإن المفترس هو "مجرد نجم بحر آخر"، كما يتذكر باور.

وقال منجي إن حقيقة أن الأنواع الأساسية تعتمد على السياق وأنها تختلف في المكان والزمان "يتم إغفالها في الدراسات قصيرة المدى".

ومع ذلك، فإن سريفاستافا ليس مستعدًا للتخلي عن هذا المفهوم. في حين أن التركيز على العناصر الأساسية والأنواع الفردية ربما يكون قد صرف انتباه صانعي السياسات والمدافعين عن الحفاظ على البيئة عن الأساليب الأكثر شمولية في الحفاظ على البيئة، فإن حماية واستعادة نوع واحد يمكن أن يفيد في بعض الأحيان العديد من الأنواع الأخرى في النظام البيئي. وقالت: "هذا لا يعني أننا نسارع إلى إنقاذ الأنواع الأساسية ونتجاهل تنوع النظام ككل".

وشدد سريفاستافا أيضًا على أن حجر الأساس ليس هو الطريقة الوحيدة لتحقيق استقرار الأنظمة. وقالت: "يعتقد علماء البيئة الآن أن بعض التفاعلات الأكثر أهمية من حيث الاستقرار هي في الواقع تفاعلات ضعيفة نسبيًا". "إذا كان لديك عدد كبير من الأنواع التي تتفاعل بشكل ضعيف، فإن الأمر يشبه وجود الكثير من أوتاد الخيمة التي تربط خيمتك في عاصفة رياح. إنه يبدد بعض الاضطرابات."

يوافق منجي إلى حد كبير. وقال إنه وسط الخسارة العالمية للأنواع، يجب أن ينصب التركيز الرئيسي على حماية الموائل والتنوع البيولوجي، وليس الأنواع الفردية. "إذا تم تنفيذ هذين الأمرين في أماكن كافية، فأنا لست متأكدًا من أن فكرة الأنواع الأساسية هي بهذه الأهمية."

ربما يكون حجر الزاوية مهمًا أكثر من الباقي. في إحدى أوراق باين النهائية، والتي نُشرت في عام 2016 في يوم وفاته، هو وعالم البيئة بوريس الديدان اقترح أن البشر هم "أنواع فرط الانحراف"- تأثير يمارس تأثيرات عميقة من خلال استغلال الركائز الأساسية الأخرى.

لا يمكن إزالة البشر من النظام مثل نجم البحر لقياس تأثيرنا. وقال سالومون: "لكن يمكننا أن نتعلم كيفية الحد من أهميتنا من خلال ممارسات وسياسات الحفظ الفعالة". "لدينا أيضًا القدرة على تعلم كيفية إدارة أنفسنا."

وهذا أحد الأسباب وراء استمرار علماء البيئة في إعادة تعريف الأنواع الأساسية وإعادة النظر فيها. لن يذهب هذا الرمز القوي إلى أي مكان، ولكن مع تعريف محسّن، يمكن للناس أن يتعلموا كيفية تطبيقه بشكل أفضل.

عرف باين هذا. تحب سالومون مشاركة كلماتها مع طلابها: "لا يمكنك إدارة الأمور بسبب الجهل. عليك أن تعرف ما تفعله الأنواع، ومن تأكله، وما هو الدور الذي تلعبه هذه الأنواع من الفرائس. عندما تعرف ذلك، يمكنك اتخاذ بعض القرارات الذكية.