Anne Salomon'un 2001 yılında yüksek lisans öğrencisi olarak ilk haftası beklediği gibi geçmedi. Diğer yeni öğrenciler giriş derslerine giderken, Salomon bir minibüsle ve ardından motorlu tekneyle Washington Olimpiyat Yarımadası'nın kuzeybatı ucunun hemen açıklarında yer alan Tatoosh Adası'na götürüldü. Salomon, bu izole adanın gelgit havuzları arasında kayaların üzerindeki yaşam ağına baktı: koyu sarı deniz yıldızları, kaya midyeleri, midyeler, salyangozlar ve marul, yosun ve balonlu naylonu anımsatan şekiller alan çeşitli algler.

Dalgaların dövdüğü bu yüzeye yapılan ziyaret, Bob Paine'in laboratuvar çalışanları için bir geçiş töreniydi. Onlarca yıl önce, bir levyeyle silahlanmış olan Paine, moru ilk kez kaldırmıştı. Pisaster Ekosistemin en büyük yırtıcısı olan denizyıldızını yakındaki Makah Körfezi'ndeki gelgit havuzlarından alıp denize fırlattı, böylece kayalara tutunan yaratıklar topluluğunu hangi güçlerin organize ettiğini öğrenebildi. Sonuçlar ekolojiyi, korumayı ve halkın doğa algısını derinden etkileyecektir. Denizyıldızının olmadığı üç yılın ardından, havuzlarda başlangıçta bulunan 15 tür sekize düştü. 10 yıl sonra kıyıda midye monokültürü hakim oldu.

The Paine deneyinin sonuçları, yayınlanan Amerikalı Doğabilimci 1966'da tek bir türün ekolojik topluluk üzerinde çok büyük bir etkiye sahip olabileceğini gösterdi. Paine bulgularını paleoekolog ve doğa koruma uzmanıyla paylaştığında Estella Leopoldgüçlü bir kavramın çağrıştırıcı bir adı hak ettiğini öne sürdü. Daha sonraki bir makalesinde şunları belirledi: Pisaster denizyıldızı, mimari bir kilit taşına gönderme yapan bir "kilit taşı türü"dür: Bir kemerin tepesinde yer alan ve bir kez takıldığında yapının çökmesini önleyen kama şeklindeki taş. "Bob'un oldukça şiirsel, anlatısal bir zihni vardı" dedi Meryem GücüBerkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nde Paine'in yanında eğitim gören emekli bir profesör. (Paine 2016'da öldü.)

Salomon, Power ve diğer Paine öğrencileri lisansüstü çalışmalarını kilit taşı konseptini geliştirmeye ve bir türün ekolojik "kilit taşını" matematiksel olarak tanımlamaya adadılar. Ancak kayaların üzerinde parıldayan denizyıldızı gibi, metafor da bilimsel ve kamusal hayal gücünde yer edindi. Pek çok ekolojist ve korumacı, Paine'in bu terime verdiği orijinal önemi gözden kaçırdı ve görünüşe göre her önemli türü bir kilit taşı olarak damgalamaya başladı. Aslında geçen yıl yayınlanan bir analiz, 200'den fazla türün kilit taşı olarak işaretlendiğini ortaya çıkardı. Etiketin kullanımı o kadar yaygınlaştı ki bazı ekolojistler bunun tüm anlamını yitirdiğinden korkuyor.

Bugün ekolojistler "kilit taşı türlerin" ne anlama geldiğini daha iyi anlamak ve daha anlayışlı bir uygulamayı savunmak için çalışıyorlar. Politika yapıcıların, kilit türlerin daha titiz bir şekilde tanımlanmasıyla, ekosistemler üzerinde orantısız etkileri olan türleri daha iyi tanımlayıp koruyabileceklerini ileri sürüyorlar. Mikrobiyal tıptaki yeni uygulamalar, biyologların yalnızca ekosistemlere değil insan sağlığına da fayda sağlayabilecek kilit taşı türlerin etkisini daha kesin bir şekilde ölçmelerine yardımcı olabilir.

Türlerin Temeli

Paine'in şu anda meşhur olan deneyini gerçekleştirmesinden önceki yıllarda, ekolojistler, bir yaşam alanını paylaşan türlerin, kimin kimi yediğini gösteren piramidal bir ağ ile birbirine bağlı olduğu teorisi üzerinde birleşmişlerdi. En üstte, doğrudan güneş ışığı ve fotosentezle beslenen, bitkiler veya algler gibi bol miktarda "üreticiyi" tüketen, küçük avcıları veya otçulları yiyen nadir yırtıcılar vardı. Ekolojistler, ağın istikrarının aşağıdan yukarıya üreticilerin mevcudiyeti tarafından kontrol edildiğini düşünüyordu.

Ancak 1960'lara gelindiğinde bu düşünce değişiyordu. Topluluklar aynı zamanda avcılardan da güçlü bir şekilde etkilenebilir mi? Belki de bitki örtüsü, üreticilerin diğer türleri sınırlandırması nedeniyle değil, yırtıcı hayvanların otçulların aşırı otlamasını engellemesi nedeniyle ekosistemlere hakim olmuştur. Paine'in deneyi, bu tür yukarıdan aşağıya kontrolü gerçek zamanlı olarak ikna edici bir şekilde gösteren ilk deneylerden biriydi.

Daha sonra ekolojist James Estes Kaliforniya'nın açık deniz yosun ormanlarındaki deniz su samurularının, Paine'nin gelgit havuzlarındaki denizyıldızına benzer bir kilit taşı rolü oynadığını belgeledi. 1974 yılında yayınlanan bir makalede BilimTek yırtıcı tür olan deniz samuru'nun nasıl olduğunu anlattı. çeşitliliği yapılandırdı Yosun-orman topluluğunun. Deniz su samuruları otçul deniz kestanelerini kontrol altında tutuyordu; Yırtıcı hayvanlar olmadığında kestaneler aşırı otladı ve yosunlara bağımlı türlerin tamamını yok etti.

Bu çalışmalar ve temel taşı fikri, Amerika'nın çevre bilincinin ortaya çıktığı anda öne çıktı. 1973 yılında Kongre Nesli Tehlike Altındaki Türler Yasasını kabul etti. tür odaklı bir yaklaşım Yabani hayatı korumak için. Tek bir türün popülasyonunun (belki de bir temel taşı) eski haline getirilmesi fikri, ekolojik bir topluluğun biyolojik çeşitliliğinin bu yeni yasal çerçeveyle uyumlu olmasını sağlayabilir.

Sonuç olarak kilit taşı tür kavramı kendi başına bir yaşam kazandı. Bilim insanları ve korumacılar, Paine'in orijinal fikrini yanlış tanımlayarak, bu terimi önemli kabul edilen herhangi bir türe giderek daha fazla uyguladılar. Kurtlar ve köpekbalıkları gibi yoklukları aşağı doğru ciddi etkiler yaratan en önemli yırtıcıların kilit taşları olduğu açıkça görülüyor. Kunduzlar, ağaçkakanlar, bizonlar ve çayır köpekleri gibi yaşam alanlarını değiştiren ekosistem mühendisleri de öyle. Ancak çok geçmeden kilit taşı otçullara, kilit taşı bitkilerine, kilit taşı polen taşıyıcılarına, hatta kilit taşı patojenlerine dair bilimsel referanslar da ortaya çıktı. Önemli olduğu düşünülen tür grupları “kilit loncaları” olarak etiketlendi.

Terimin ana akım popülaritesi arttıkça, ekolojistler sessizce ekolojik bir ağdaki tür düğümleri arasındaki ilişkilerin matematiksel tanımı üzerinde çalıştılar. Tatoosh Adası'nda Paine'in öğrencileri gelgit havuzlarını incelemeye devam etti, hangilerinin topluluk için en önemli olduğunu görmek için türleri ekledi veya çıkardı. Uzun yıllar boyunca dikkatli ölçümler yaparak, her otlayanın yavru yosunun kök salma yeteneğini etkileme konusundaki göreceli kapasitesini ölçtüler; Paine'in "kişi başına etkileşim gücü" olarak adlandırdığı ve daha sonra "kilit taşı" olarak bilinen bir ölçüm. Bir organizmanın kilit taşı yüksekse, her bireyin ekosistemi üzerinde orantısız derecede büyük bir etkisi vardı.

Ancak çoğu insan bu yeni ekolojik matematiği takip etmiyordu. 1990'lara gelindiğinde bazı ekolojistler, "kilit taşı türlerin" aşırı kullanımının kavramın anlamını dönüştürdüğü ve azalttığı konusunda alarma geçmişti. Bunu çözmenin zamanı gelmişti. Aralık 1994'te, bir fikir birliği tanımı geliştirmek için Hilo, Hawai'i'de ekolojistlerin (bazıları kendilerini "kilit taşı polisler" olarak tanımlıyor) küçük bir konferansı düzenlendi. Paine ve Power'ın matematiğini takip ederek, "kilit taşı türlerin, kendi topluluğu veya ekosistemi üzerindeki etkileri büyük ve bolluğundan beklenenden çok daha büyük olan bir tür olduğu" konusunda fikir birliğine vardılar.

Bu tanıma göre somon, ekolojik açıdan önemli olmasına rağmen kilit türlerden biri değildir. Salomon, "Nehirden tek bir somon balığı alırsanız, bunun çok büyük bir etkisi olmayacaktır" dedi. Buna karşılık, eğer bir deniz yıldızını gelgit arası bölgenin bir kısmından çıkarırsanız, "bunun büyük bir etkisi olacaktır."

Hilo kongresi değerli bir çabaydı. Ancak bu durum, takip eden yıllarda araştırmacıların yeni kilit taşlara isim vermesini engellemedi. "Sorun şu ki, araştırmacıların çalışma organizmalarını temel taş olarak belirlerken bağlı kaldıkları standartlar yok" dedi. Bruce MengeOregon Eyalet Üniversitesi'nde bir topluluk ekolojisti ve başka bir eski Paine yüksek lisans öğrencisi. "Herkes kendi türünün kilit taşı olduğunu öne sürmek, tartışmak veya spekülasyon yapmakta özgürdür." Ve gerçekten de yakın zamanda yapılan yeni bir analiz, kavramın ne kadar geniş bir alana yayıldığını ortaya çıkardı.

Hepimiz Burada Kilit Taşlarıyız

2021 yılında Ishana Shukla, Victoria Üniversitesi'nde kilit taşı türlerinin özelliklerini analiz etmek isteyen bir yüksek lisans öğrencisiydi. "Oldukça safça Google'da kilit taşı türlerinin bir listesini arattığınızda harika bir liste çıkacağını düşünmüştüm" dedi. Bulamayınca kendisininkini yaratmayı düşündü. 50 araştırmayı kapsayan 157 yıldan fazla yayınlanmış veriyi inceledi ve kilit taşı olarak kabul edilen 230 türü belirledi. Ekolojik bilgi geliştikçe "kilit taşının işlevinin de giderek genişlemeye başladığını" gördü.

Kendisi ve ortak yazarları, öğeleri ilgili kümeler halinde düzenleyen analitik bir teknik kullanarak beş tür kilit taşı türü buldu: Köpekbalıkları ve kurtlar gibi büyük omurgalı etoburlar; uzun dikenli deniz kestanesi ve lahana kelebeği gibi omurgasızlar; çipura ve boğa balığı gibi hem yırtıcı hem de avlanan sürünün ortasındaki türler; kuzey karidesleri ve bal arıları gibi besin ağlarında hayati rol oynayan omurgasızlar; ve buz faresi ve kara kuyruklu çayır köpeği gibi habitatları değiştiren küçük memeliler.

"Koruma eylemi veya koruma ilgisi gerektirmeyen bir dizi kilit taşı belirledik, ancak bunların ekosistemimiz için büyük önem taşıdığını görebiliyoruz" dedi. Şukla, şu anda Kaliforniya Üniversitesi Davis'te doktora öğrencisi.

"Bu makalenin en önemli mesajı kilit taşı türlerinin hepsinin aynı olmadığıydı" dedi Diane SrivastavaBritish Columbia Üniversitesi'nden bir topluluk ekolojisti olan Kosta Rika'da çalışırken kızböbeği larvalarını bromeliad yapraklarında biriken suda kilit taşı türleri olarak tanımladı. "Kilit taşı türlere ilişkin kamuoyu algısı, onların büyük kara memelileri olduğu yönünde... ama aslında çoğu öyle değil. Çoğu kilit taşı türü suda yaşayan türlerdir. Birçoğu yırtıcı değil. Çok sayıda omurgasız var.”

Ancak makale bu türlerin gerçek matematiksel temel taşları olup olmadığını değerlendirmeye çalışmadı. Menge, bunun yerine Shukla ve işbirlikçilerinin yalnızca terimin nasıl kullanıldığını ve yanlış kullanıldığını özetlediğini söyledi. Bu şekilde araştırma, karmaşık olmaktan ziyade, "dolaylı sonuçları olan herhangi bir güçlü etkileşimciyi ifade etmek için 'kilit taşı türleri' teriminin liberal kullanımının devam ettiğini" vurguladı.

Shukla'nın kategorilerinin hiçbiri mikropları içermiyordu. Aslında Paine ve diğerleri, deneylerinde mikroorganizmaları hiç düşünmüyorlardı. Ancak yine de kilit taşının ölçülmesi, tıbbi mikrobiyolojide yeni bir araştırma dizisinin konusu haline geldi.

Bağırsaklarınızdaki Kilit Taşı

Mikrobiyomlar, karmaşık bir ekosistemde etkileşime giren yüzlerce ila binlerce mikrobiyal türü içerir. Peki neden onların da kilit taşı türleri olmasın?

"Muhtemelen, eğer kilit taşı türler varsa, o zaman sistem oldukça kırılgan olabilir" dedi Yang-Yu LiuBrigham ve Kadın Hastanesi ve Harvard Tıp Okulu'nda mikrobiyom üzerine çalışan Dr. Örneğin, eğer antibiyotikler bağırsaklarınızın kilit taşı mikrobunu öldürürse, mikrobiyal ekosistem çökebilir ve sağlık sorunlarına neden olabilir. "Bu yüzden mikrobiyal topluluklardan kilit taşı türlerini belirlemekle ilgileniyorum" dedi.

Denizyıldızlarını kayalardan kopardığınız gibi insan mikrobiyomlarındaki türleri tek tek yok etmek teknik ve etik olarak mümkün değil. Bunun yerine Liu ve meslektaşları AI'ya döndü Kasım ayında yayınlanan bir makalede Doğa Ekolojisi ve Evrimi. Bağırsak, ağız, toprak ve mercan mikrobiyom veritabanlarından elde edilen verileri kullanarak, her türün model mikrobiyomundan çıkarıldıktan sonra topluluğa ne olduğuna bakarak mikrobiyal topluluklardaki türlerin önemini sıralamak için bir derin öğrenme modeli geliştirdiler; temel olarak temel taşı niceliksel olarak belirlediler Her bir mikrobun varlığı.

Liu'nun analizinde "çok büyük kilit taşı özelliğine sahip herhangi bir tür bulamadık" dedi. Hesaplanan en yüksek değer 0.2 civarındaydı. Sıfır ile 1 arasında değişen kilit taşı tanımlarıyla "0.2 gerçekten büyük bir sayı değil" dedi.

Bu, mikrobiyal topluluklarda kilit taşların olmadığı anlamına gelmez. Liu, bu toplulukların çok yüksek düzeyde işlevsel fazlalığa sahip olduğuna inanıyor; bu da birden fazla türün var olduğu anlamına geliyor. benzer ekolojik roller üstlenebilir ve bu nedenle değiştirilebilir. Ve bazı türler, mutlak anlamda değil, belirli bir kişinin son derece kişiselleştirilmiş mikrobiyomuna göre yüksek kilit taşı özelliğine sahip olabilir. Liu, "Bu türler, onları ortadan kaldırırsanız sistemin çok fazla değişebileceği açısından oldukça önemli" dedi.

Bu anlamda mikrobiyal topluluklarda kilit tür kavramı bağlama bağlıdır. Bir mikrobiyomun kilit taşı, diğerinin kilit taşı olmayabilir. Liu, "Bu yönün ekolojistler tarafından pek takdir edilmediğini düşünüyorum" dedi.

Ekolojistler artık mikropların ötesinde kilit taşı türlerin bu bağlamsal doğasıyla boğuşuyor ve biyoçeşitlilik kaybı gerçeği karşısında kavramın önemli olup olmadığı ve nasıl olduğu üzerinde kafa yoruyor.

Metaforun Yeniden Değerlendirilmesi

Menge, kariyerini ekolojik topluluk yapısını anlamaya adadı ve Paine ile yaptığı yüksek lisans çalışmasında kayalık kıyılara vurgu yapmaya devam etti. Paine'in ikonik mor yıldızının her yerde kilit taşı tür olmadığını keşfetti. Bazı yerlerde, örneğin dalgaların daha yoğun dövdüğü gelgit havuzlarında daha güçlü kilit taşı özelliği vardır. "Aslında daha korunaklı yerlerde deniz yıldızı pek de kilit taşı sayılmaz" dedi.

Paine de bunu kabul etmeye geldi. Power, Paine'in, güneydeki mor yıldızların tercih ettiği midyenin bulunmadığı Alaska'da yırtıcı hayvanın "sadece başka bir deniz yıldızı" olduğunu söylediğini hatırladı.

Menge, kilit taşı türlerinin bağlama bağlı olduğu ve uzay ve zamanda değişiklik gösterdiği gerçeğinin "kısa vadeli çalışmalarda gözden kaçırıldığını" söyledi.

Yine de Srivastava bu kavramı bir kenara atmaya hazır değil. Temel taşlara ve tek türlere odaklanmak, politika yapıcıları ve korumacıları korumaya yönelik daha bütünsel yaklaşımlardan uzaklaştırmış olsa da, tek bir türün korunması ve restore edilmesi bazen bir ekosistemdeki diğer birçok türe fayda sağlayabilir. "Bu, kilit taşı türlerini kurtarmak için acele etmemiz ve sistemin çeşitliliğini bir bütün olarak göz ardı etmemiz anlamına gelmiyor" dedi.

Srivastava ayrıca sistemleri istikrara kavuşturmanın tek yolunun kilit taşları olmadığını vurguladı. "Ekolojistler artık istikrar açısından en önemli etkileşimlerden bazılarının aslında nispeten zayıf etkileşimler olduğunu düşünüyor" dedi. "Zayıf etkileşime giren çok sayıda tür varsa, bu, fırtınada çadırınızı bağlayan çok sayıda çadır kazığına benzer. Bazı tedirginlikleri ortadan kaldırıyor."

Menge de büyük ölçüde aynı fikirde. Küresel tür kaybının ortasında asıl odak noktasının tek tek türleri değil, yaşam alanlarını ve biyoçeşitliliği korumak olması gerektiğini söyledi. "Eğer bu iki şey yeterli yerde yapıldıysa, o zaman kilit taşı türü fikrinin o kadar da kritik olduğundan emin değilim."

Belki bir kilit taşı diğerlerinden daha önemlidir. Paine'in 2016'da öldüğü gün yayınlanan son makalelerinden birinde, o ve ekolojist Boris solucanı insanların bir “ olduğunu öne sürdühiperkeystone türleri”- diğer kilit taşlardan yararlanarak derin etkiler yaratan bir şey.

Etkimizi ölçmek için insanlar denizyıldızı gibi sistemden çıkarılamaz. Salomon, ancak etkili koruma uygulamaları ve politikaları yoluyla temel taşımızı nasıl azaltacağımızı öğrenebileceğimizi söyledi. “Aynı zamanda kendimizi idare etmeyi öğrenme yeteneğine de sahibiz.”

Ekolojistlerin kilit taşı türleri yeniden tanımlamaya ve yeniden değerlendirmeye devam etmelerinin bir nedeni de budur. Güçlü sembolün hiçbir yere gitmesi mümkün değil, ancak gelişmiş bir tanımla insanlar onu nasıl daha iyi uygulayacaklarını öğrenebilirler.

Paine bunu biliyordu. Salomon sözlerini öğrencileriyle paylaşmayı seviyor: “Cehaletle idare edemezsiniz. Hangi türlerin ne yaptığını, kimi yediğini, bu av türlerinin nasıl bir rol oynadığını bilmeniz gerekiyor. Bunu bildiğiniz zaman akıllıca kararlar verebilirsiniz.”