Математическая закономерность регулирует морскую жизнь - исследование

11:26 26 января Киев, Украина

Ученые впервые подтвердили, что морские организмы подчиняются математическому закону – если масса тела определенного класса увеличивается в 10 раз, то количество организмов этого класса уменьшается во столько же. Это приводит к уникальному равномерному распределению, при котором животные всех размеров сохраняют одинаковую биомассу на глобальной шкале – от крохотных бактерий до огромных голубых китов. Исследования свидетельствуют также, что человек уже пошатнул естественный баланс.

1972 американские ученые опубликовали результаты своих исследований планктона, что стало сенсацией. Они утверждали, что частота и размер морских животных не случайны – они определяются математической формулой. Согласно Шелдоновой теории размерных спектров, каждый крупный класс организмов в глобальном масштабе занимает примерно одинаковый объем биомассы. Каждый 10-кратный привес тела коррелирует с уменьшением количества организмов в этой категории. И напротив. То есть, все рыбы, весящие от 10 до 100 граммов, встречаются примерно в 10 раз чаще, чем рыбы весом от 100 до 1000 граммов.

Эта закономерность уже несколько раз подтверждалась на региональном уровне и в сравнениях классов. Но почти за 50 лет эмпирической и теоретической работы пригодность теории не проверяли на глобальном уровне для всех 23 классов морских существ — объяснил Ян Гаттон (Ian Hatton) и его коллеги из Института математики естественных наук имени Макса Планка в Лейпциге. Именно это поставили своей целью ученые на этот раз.

Для этого ученые определили частоту распределения 12 главных групп морских организмов всех размеров – от бактерий до больших китов. Чтобы взвесить также пространственные колебания, ученые поделили мировой океан на 33 000 клеток решетки, каждая из которых соответствовала одному градусу.
"Систематически сравнить данные в столь большом масштабе - это настоящий вызов", - сказал Гаттон. 
Чтобы проанализировать организмы в значительной степени девственных морях допромышленной эпохи примерно в 1850 году, ученые внесли исторические данные в модели и реконструировали пространственное распределение

Результат: в нетронутых океанах организмы также придерживались Шелдонового закона спектрирования. В каждом из 23 размерных классов глобальная биомасса составляла около одной гигатонны. Когда масса организмов увеличивается в десять раз, количество индивидов этого класса уменьшается на десятую часть. То есть доля потери пропорциональна полученной
массе.
Незначительные отклонения ученые заметили только на пределах спектров: бактерии несколько многочисленнее, чем должны быть, а большие киты - наоборот редкие. Однако результаты подтверждают, что морская жизнь действительно придерживается закона, который сформулировали почти 50 лет назад.
“Действительно удивительно, что жизнь под водой распределена по размерным классам настолько равномерно, – сказал ведущий автор Эрик Галбрайт (Eric Galbraith) из Университета Макгилла в Монреале. – Мы не знаем, почему так. Почему маленькие организмы не имеют большей биомассы, чем большие? И почему нет идеального размера, гарантирующего идеальную, особенно большую долю биомассы? С этой точки зрения результаты показывают, как мало мы знаем об экосистеме”.
Анализы также показали, что когда-то актуальная для всего океана закономерность сейчас сильно пострадала. Человеческое вмешательство в форме охоты на китов и рыбалку изменило равномерное соотношение размеров в море. Так что более трети крупнейших (самых тяжелых) морских жителей существенно не хватает, сообщили Гаттон и его коллеги. Это отклонение
проявляется уже среди рыб массой от 10 граммов и больше, но особенно заметно среди китов.
Согласно полученным данным, биомасса крупной рыбы и морских млекопитающих, в том числе дельфинов, уменьшилась почти на 2 гигатонны — это соответствует уничтожению 60% животных по показателям Шелдонового спектрирования. Среди более крупных видов китов биомасса уменьшилась на 90% по сравнению с первичной пропорцией.
"Поэтому человек не просто стал "хищником номер 1" в море, он полностью изменил общий поток энергии в морской экосистеме", - сказал Галбрайт.
Полученные результаты демонстрируют: существенное влияние человека на морскую среду изменило даже фундаментальную схему морской жизни.
"Человек повлиял на океан сильнее, чем просто рыболовством, — сказал соавтор Райан Генеган (Ryan Heneghan) из Автономного университета Барселоны. – Очевидно, мы нарушили спектрирование размеров – одно из важнейших степенных распределений природы”.