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    • 人类打破了控制地球海洋的自然力量法则之一

      人类打破了控制地球海洋的自然力量法则之一插图

      正如行星或分子系统一样,数学定律可以发现准确描述并允许预测在无序动态的生态系统中也是如此——至少,如果我们缩小足够多。

      但是因为人类现在有这样的对我们共享地球的生命的破坏性影响,我们甚至把这些曾经的自然普遍性打乱了。

      “人类影响了海洋以一种比单纯抓鱼更戏剧化的方式,”解释昆士兰科技大学的海洋生态学家瑞安·亨内根说。

      “我们似乎打破了大小谱——自然界中已知的最大幂律分布之一。”

      这幂定律可以用来描述生物学中的许多事情,从级联神经活动的模式不同物种的觅食之旅。这是两个量,不管它们的初始起点是什么,相对于彼此成比例变化的时候。

      在特定类型的幂律的情况下,首先在一篇论文中描述由雷蒙德·w·谢尔顿(Raymond W. Sheldon)在1972年领导,现在被称为“谢尔顿光谱”,这两个量是生物体的身体大小,与其丰度成比例。因此,它们变得越大,在一个固定的物种大小的群体中,个体就越少。

      例如,虽然磷虾比金枪鱼小12个数量级(约10亿),但它们也比金枪鱼丰富12个数量级。因此,假设世界上所有金枪鱼肉的总和(金枪鱼生物量)与世界上所有磷虾生物量大致相同(至少在同一数量级内)。

      自1972年首次提出以来,科学家们只在水生环境中有限的物种群内以相对较小的规模测试了这种自然缩放模式。从海洋浮游生物,到淡水鱼这种模式是正确的——较大的不太丰富的物种的生物量大致相当于较小但更丰富的物种的生物量。

      现在,马克斯·普朗克研究所的生态学家伊恩·哈顿和他的同事们已经开始观察这个定律是否也反映了全球范围内正在发生的事情。

      “将跨越细菌的生物体与鲸鱼进行比较的最大挑战之一是规模上的巨大差异。”说哈顿。

      “它们的质量比相当于一个人和整个地球的质量比。我们从全球收集的20多万份水样中估计了小范围内的生物,但更大的海洋生物需要完全不同的方法。”

      利用历史数据,该团队证实谢尔顿光谱在全球范围内符合工业化前海洋条件(1850年之前)的这种关系。在全球海洋的33,000多个网格点上,包括细菌、藻类、浮游动物、鱼类和哺乳动物在内的12组海洋生物中,每一种生物的生物量大致相等。

      “我们惊讶地看到,每个数量级的大小级别在全球范围内包含大约1千兆吨的生物量,”说麦吉尔大学地球科学家埃里克·加尔布雷思。

      人类打破了控制地球海洋的自然力量法则之一插图1

      (伊恩·哈顿等人,科学进展,2021年)

      哈顿和他的团队讨论了对此的可能解释,包括由捕食者-猎物相互作用、新陈代谢、增长率、繁殖和死亡率等因素设定的限制。这些因素中的许多也随着生物体的大小而变化。但这都是猜测。

      “事实上,海洋生物在不同的大小上均匀分布,这是值得注意的。”说加尔布雷斯。“我们不明白为什么需要这样——为什么小事情不能比大事情多得多?还是中间的理想尺寸?从这个意义上说,研究结果凸显了我们对生态系统的不了解。”

      然而,这一规则有两个例外,都是在规模尺度的两个极端。细菌比法律预测的要多,鲸鱼要少得多。同样,为什么是一个完全的谜。

      研究人员随后将这些发现与应用于当今样本和数据的相同分析进行了比较。虽然幂律仍然大部分适用,但对于较大的生物体来说,它的模式明显被打破了。

      该团队表示:“人类的影响似乎大大缩短了光谱的上三分之一。”他们在论文中写道。“人类不仅取代了海洋中的顶级捕食者,而且通过过去两个世纪的累积影响,从根本上改变了生态系统中的能量流动。”

      人类打破了控制地球海洋的自然力量法则之一插图2

      (伊恩·哈顿等人,科学进展,2021年)

      虽然鱼类占人类年食物消耗量的比例不到3%,但研究小组发现,自19世纪以来,我们已经将鱼类和海洋哺乳动物的生物量减少了60%。对地球上最巨大的现存动物来说,情况更糟——历史上的狩猎使我们的鲸鱼数量减少了90%。

      加尔布雷斯指出,这确实凸显了工业捕鱼的低效率。我们目前的策略浪费了比我们实际消耗的多得多的生物量和它所包含的能量。我们也没有取代生物量曾经发挥的作用,尽管按生物量计算,生物量现在是最大的脊椎动物物种之一。

      海洋中最大的物种群大约损失了27亿吨,而人类大约损失了0.4亿吨。该团队写道,需要进一步的工作来了解这种生物量的大量损失是如何影响海洋的。

      加尔布雷斯说:“好消息是,我们可以通过减少世界各地活跃的渔船数量来扭转我们造成的不平衡。”说。“减少过度捕捞也将有助于使渔业更加有利可图和可持续——如果我们能够齐心协力,这是一个潜在的双赢局面。”

      他们的研究发表在科学进展。

      广东·东莞
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