Науковці вперше підтвердили, що морські організми підлягають математичному законові — якщо маса тіла певного класу збільшується в 10 разів, то кількість організмів цього класу зменшується у стільки ж. Це призводить до унікального рівномірного розподілу, за якого тварини всіх розмірів зберігають однакову біомасу на глобальній шкалі — від крихітних бактерій до величезних блакитних китів. Дослідження засвідчують також, що людина вже суттєво похитнула природний баланс.
1972 року американські вчені опублікували результати своїх досліджень планктону, що стало сенсацією. Вони стверджували, що частота та розмір морських тварин не випадкові — вони визначаються математичною формулою. Згідно з Шелдоновою теорією розмірних спектрів, кожен великий клас організмів у глобальному масштабі займає приблизно однаковий об’єм біомаси. Кожен 10-кратний приріст ваги тіла корелює зі зменшенням кількості організмів у цій категорії. І навпаки. Тобто всі риби, що важать від 10 до 100 грамів, зустрічаються приблизно в 10 разів частіше, ніж риби вагою від 100 до 1000 грамів.
Цю закономірність вже кілька разів підтверджували на регіональному рівні та в порівняннях класів. Але за майже 50 років емпіричної й теоретичної роботи придатність теорії не перевіряли на глобальному рівні для всіх 23 класів морських істот — пояснив Ян Гаттон (Ian Hatton) та його колеги з Інституту математики природничих наук імені Макса Планка в Лейпцигу. Саме це поставили собі за мету науковці цього разу.
Для цього вчені визначили частоту розподілу 12 головних груп морських організмів усіх розмірів — від бактерій до великих китів. Аби зважити також просторові коливання, науковці поділили світовий океан на 33 000 клітинок решітки, кожна з яких відповідала одному градусу.
“Систематично порівняти дані в такому великому масштабі — це справжній виклик”, — сказав Гаттон. Аби проаналізувати організми в значною мірою незайманих морях допромислової епохи приблизно 1850 року, науковці внесли історичні дані до моделей і реконструювали просторовий розподіл.
Результат: у неторканих океанах організми також дотримувалися Шелдонового закону спектрування. У кожному з 23 розмірних класів глобальна біомаса становила близько однієї гігатонни. Коли маса організмів збільшується у 10 разів, кількість індивідів цього класу зменшується на десяту частину. Тобто частка втрати пропорційна до здобутої маси.
Спектр розмірного класу підтвердили: Розподіл чисельності та маси тіла організмів в океані.
Незначні відхилення науковці помітили лише на межах спектрів: бактерії дещо чисельніші, ніж мали б бути, а великі кити — навпаки рідкісніші. Проте результати підтверджують, що морське життя насправді дотримується закону, який сформулювали майже 50 років тому.
“Справді дивовижно, що життя під водою розподілене по розмірних класах настільки рівномірно, — сказав провідний автор Ерік Ґалбрайт (Eric Galbraith) з Університету Макгілла в Монреалі. — Ми не знаємо, чому так. Чому маленькі організми не мають більшої біомаси, ніж великі? І чому немає ідеального розміру, який би гарантував ідеальну, особливо велику частку біомаси? З цього погляду результати демонструють, як мало ми знаємо про екосистему”.
Аналізи також засвідчили, що колись актуальна для всього океану закономірність зараз сильно постраждала. Людське втручання у формі полювання на китів і риболовлі змінило рівномірне співвідношення розмірів у морі. Тож більше третини найбільших (найважчих) морських жителів суттєво бракує, повідомили Гаттон та його колеги. Це відхилення проявляється вже серед риб масою від 10 грамів і більше, але особливо помітне серед китів.
Втручання людини змінило спектр розмірних класів.
Згідно з отриманими даними, біомаса великої риби та морських ссавців, зокрема дельфінів, зменшилася на майже 2 гігатонни — це відповідає знищенню 60% тварин щодо показників Шелдонового спектрування. Серед більших видів китів біомаса зменшилася на 90% у порівнянні з первинною пропорцією. “Тож людина не просто стала “хижаком номер 1” в морі, вона цілком змінила загальний потік енергії в морській екосистемі”, — сказав Ґалбрайт.
Отримані результати демонструють: суттєвий вплив людини на морське середовище змінив навіть фундаментальну схему морського життя. “Людина вплинула на океан сильніше, ніж просто рибальством, — сказав співавтор Раян Ґенеґан (Ryan Heneghan) з Автономного університету Барселони. — Вочевидь, ми порушили спектрування розмірів — один із найважливіших степеневих розподілів природи”.
Nadja Podbregar
Leben im Meer folgt mathematischem Gesetz
McGill University, Universitat Autònoma de Barcelona, Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften, 16/11/2021
Science Advances, 2021; doi: 10.1126/sciadv.abh3732
Зреферувала С.К.
Зображення: Placebo365/ Getty images та Ian Hatton.