一条自然法则被打破了
一条自然法则被打破了Original 糖兽
原理 2021-12-01 20:30
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大约在50多年前，科学家雷·谢尔顿（Ray Sheldon）通过分析收集自海洋中的大量浮游生物样本（体重跨度为6个数量级，体长跨度在0.6到100微米之间），发现海洋中的生命似乎都遵循一个简单的数学法则：生物的数量与其体型大小密切相关——生物的体型越小，在海洋中的数量就越多。例如，磷虾比金枪鱼小10亿倍，但数量也比金枪鱼多10亿倍。
这条法则由谢尔顿于1972年首次正式提出，他预感这条法则或许适用于海洋中的所有生命，从最小的细菌到最大的鲸鱼。尽管科学家从未在全球范围内的大规模海洋物种身上对这条法则进行过验证，但它却似乎非常精确。许多研究人员后来都在浮游生物、鱼类和淡水生态系统中观察到这种被称为“谢尔登尺寸谱（Sheldon size spectrum）”的现象。
现在，一个国际研究团队通过检查海洋中从细菌到鲸鱼的所有生物的生物量分布，发现当海洋处于更原始的状态时（1850年以前），谢尔顿尺寸谱理论在大体上是正确的，但在人类活动的影响下，这一法则对于现代的大尺寸海洋物种已经发生了根本性的改变。研究结果被发表在了最近的《科学进展》杂志上。https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/tqOuxs8dsHMiceFhviarQbuQ8zhzIr7gSqBib0We7QEcBXqbFLHc9qUhibWBuyMrQeSqtR5GHcVymC4R5STia4cLOGA/640?wx_fmt=png
在海洋中，生物按照它们的大小尺寸均匀分布是一件令人瞩目的事实。上世纪70年代，谢尔顿和他的同事们按照体重的数量级来分类从海洋中收集的浮游生物样本，发现每个大小的容器内所包含的生物数量完几乎全相同。
在一桶海水中，1/3的质量来自体长在1到10微米之间的浮游生物，另外1/3的质量由10到100微米之间的生物组成，还有1/3的质量则属于100微米到1毫米之间的浮游生物。生物的尺寸每往上一个数量级，这个群体中的个体数量就会缩减1/10倍。生物群体的尺寸虽然各不相同，但总质量却维持不变。似乎所有的海洋生命都遵循着这种模式，但没有人真正了解出现这种情况的原因。
在新研究中，为了弄清楚谢尔顿尺寸谱是否真的正确，研究人员收集了来自卫星图像和海洋样本的浮游生物数据，并将这些数据与能够预测鱼类数量的数学模型，以及来自世界自然保护联盟（IUCN）对海洋哺乳动物的估计数量相结合，构建出了一个大型的包括细菌、浮游植物、浮游动物、鱼类和哺乳动物在内的全球海洋生物数据集。总的来说，研究人员对全球3.3万个网格点上的12种主要的水生生物的数量和空间分布进行了分析，然后使用历史重建和海洋生态系统模型，将现如今的海洋状况，与大规模工业捕鱼开始之前的原始海洋的生物量状况进行了比较。
分析结果表明，在1850年以前，除了最大的鲸鱼和最小的细菌这两个处于尺寸谱两极的例子之外，其他的不同尺寸范围内的生物量都表现出了非常高度的一致。所有体重在1到10克之间的生物量约为10亿吨；所有体重在10克到100克之间、100克到1千克之间等等的生物量也都是如此。这意味着谢尔顿尺寸谱在很大程度上是正确的。
但是，现代海洋场景中的生物量情况却显示出了截然不同的结果。模型显示自1800年以来，所有超过10克的鱼类和所有海洋哺乳动物的生物量已经减少了20多亿吨（减少了60%）；而尺寸最大的鲸鱼则遭受毁灭性的重创打击，其生物量减少近90%，许多曾经生活在海洋中的大鱼和哺乳动物现在都不复存在。
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这样的情况与原始海洋中几乎恒定的生物量形成鲜明对比。研究人员认为，虽然捕鱼只占了不到人类食品消耗的3%，但它对生物量谱的影响是灾难性的。他们指出，在过去的一个世纪里，工业捕鱼和捕鲸所造成的损失，或将远远大于未来80年里气候变化所能造成的潜在生物量损失，即使在悲观的排放情景下也是如此。
此外，研究人员还指出最令人意外的是从全球角度来看，工业捕鱼极其低效。当工业捕鱼船队出海捕鱼时，它们并不会像那些大型掠食性鱼类、海豹或鸟类那样，只消耗少量的鱼类种群来维持自身种群的稳定，而是完全改变了整个海洋生态系统的能量流。
但好消息是，鱼类的数量仍可以反弹，人类还是可以通过减少世界各地的过度活跃的捕鱼和捕鲸渔船来扭转这种不平衡。减少过度捕捞还将有助于提高渔业的盈利能力和可持续性。因此，研究人员相信如果所有人都能够齐心协力，我们仍能将此变成一个双赢的局面。
#创作团队：
文：糖兽
#参考来源：
https://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/global-ocean-out-balance-334733https://www.uab.cat/en/2021/11/11/humans-guilty-of-breaking-an-oceanic-law-of-nature/https://www.wired.com/story/humans-broken-fundamental-law-ocean/https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh3732#图片来源：
封面图：phtorxp / Pixabay
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