(Ma Li Huang Mu/EyeEm/Getty Images) Genauso wie bei Planeten- oder Molekülsystemen lassen sich mathematische Gesetze finden genau beschreiben und Vorhersagen ermöglichen auch in chaotisch dynamischen Ökosystemen – zumindest wenn wir weit genug herauszoomen .
Aber da die Menschen jetzt solche haben eine zerstörerische Auswirkung auf das Leben, mit dem wir unseren Planeten teilen , wir bringen sogar diese einst natürlichen Universalitäten durcheinander.
„Der Mensch hat Einfluss darauf genommen Ozean auf eine dramatischere Art und Weise, als nur Fische zu fangen“, erklärt Meeresökologe Ryan Heneghan von der Queensland University of Technology.
„Es scheint, dass wir das Größenspektrum durchbrochen haben – eine der größten in der Natur bekannten Potenzgesetzverteilungen.“
Der Potenzgesetz kann verwendet werden, um viele Dinge in der Biologie zu beschreiben, von Muster kaskadierender neuronaler Aktivität auf die Nahrungssuche verschiedener Arten. Dabei verändern sich zwei Größen, unabhängig von ihrem ursprünglichen Ausgangspunkt, im Verhältnis zueinander.
Im Falle einer bestimmten Art von Potenzgesetz gilt: erstmals in einer Arbeit beschrieben Die beiden Größen, die 1972 von Raymond W. Sheldon entwickelt wurden und heute als „Sheldon-Spektrum“ bekannt sind, sind die Körpergröße eines Organismus, skaliert im Verhältnis zu seiner Häufigkeit. Je größer sie also werden, desto weniger Individuen gibt es innerhalb einer bestimmten Artengrößengruppe.
Während Krill beispielsweise 12 Größenordnungen (etwa eine Milliarde) Mal kleiner als Thunfisch ist, kommt er auch 12 Größenordnungen häufiger vor als Thunfisch. Hypothetisch gesehen entspricht das gesamte Thunfischfleisch der Welt (Thunfischbiomasse) ungefähr der gleichen Menge (zumindest in der gleichen Größenordnung) wie die gesamte Krillbiomasse der Welt.
Seit seinem ersten Vorschlag im Jahr 1972 haben Wissenschaftler dieses natürliche Skalierungsmuster nur innerhalb begrenzter Artengruppen in aquatischen Umgebungen und in relativ kleinen Maßstäben getestet. Aus Meeresplankton , Zu Fisch im Süßwasser Dieses Muster traf zu – die Biomasse der größeren, weniger häufig vorkommenden Arten entsprach in etwa der Biomasse der kleineren, aber häufiger vorkommenden Arten.
Nun haben der Ökologe Ian Hatton vom Max-Planck-Institut und seine Kollegen untersucht, ob dieses Gesetz auch das widerspiegelt, was auf globaler Ebene geschieht.
„Eine der größten Herausforderungen beim Vergleich von Organismen, von Bakterien bis hin zu Walen, sind die enormen Größenunterschiede“, sagt Hatton.
„Das Verhältnis ihrer Massen entspricht dem zwischen einem Menschen und der gesamten Erde.“ „Wir haben Organismen am kleinen Ende der Skala aus mehr als 200.000 weltweit gesammelten Wasserproben geschätzt, aber größere Meereslebewesen erforderten völlig andere Methoden.“
Anhand historischer Daten bestätigte das Team, dass das Sheldon-Spektrum dieser Beziehung weltweit für vorindustrielle ozeanische Bedingungen (vor 1850) entspricht. In 12 Gruppen von Meereslebewesen, darunter Bakterien, Algen, Zooplankton, Fische und Säugetiere, und über 33.000 Gitterpunkten des globalen Ozeans, kamen in jeder Größenkategorie von Organismen ungefähr gleiche Mengen an Biomasse vor.
„Wir waren erstaunt zu sehen, dass jede Größenklasse um eine Größenordnung weltweit etwa eine Gigatonne Biomasse enthält.“ sagt Geowissenschaftler Eric Galbraith von der McGill University.
(Ian Hatton et al, Science Advances, 2021)
Hatton und sein Team diskutierten mögliche Erklärungen dafür, einschließlich Einschränkungen durch Faktoren wie Räuber-Beute-Interaktionen, Stoffwechsel, Wachstumsraten, Fortpflanzung und Mortalität. Viele dieser Faktoren hängen auch von der Größe eines Organismus ab. Aber zum jetzigen Zeitpunkt sind das alles nur Spekulationen.
„Die Tatsache, dass das Meeresleben gleichmäßig über alle Größen verteilt ist, ist bemerkenswert“, sagte Galbraith. „Wir verstehen nicht, warum das so sein muss – warum könnte es nicht viel mehr kleine als große Dinge geben?“ Oder eine Idealgröße, die in der Mitte liegt? In diesem Sinne zeigen die Ergebnisse, wie viel wir über das Ökosystem nicht verstehen.“
Es gab jedoch zwei Ausnahmen von der Regel, und zwar an beiden Extremen der untersuchten Größenskala. Es gab mehr Bakterien als gesetzlich vorhergesagt und Wale weitaus weniger. Auch hier ist das Warum ein völliges Rätsel.
Die Forscher verglichen diese Ergebnisse dann mit der gleichen Analyse, die auf aktuelle Proben und Daten angewendet wurde. Während das Potenzgesetz größtenteils immer noch galt, war bei größeren Organismen eine deutliche Störung seines Musters zu erkennen.
„Menschliche Einflüsse scheinen das obere Drittel des Spektrums erheblich eingeschränkt zu haben“, so das Team schrieb in ihrer Arbeit . „Der Mensch hat nicht nur die größten Raubtiere des Ozeans ersetzt, sondern durch die kumulativen Auswirkungen der letzten zwei Jahrhunderte auch den Energiefluss durch das Ökosystem grundlegend verändert.“
(Ian Hatton et al, Science Advances, 2021)
Während Fische weniger als 3 Prozent der jährlichen menschlichen Nahrungsaufnahme ausmachen, stellte das Team fest, dass wir die Biomasse von Fischen und Meeressäugern seit dem 19. Jahrhundert um 60 Prozent reduziert haben. Noch schlimmer ist es für die größten lebenden Tiere der Erde: Die historische Jagd hat dazu geführt, dass die Zahl der Wale um 90 Prozent zurückgegangen ist.
Dies verdeutlicht die Ineffizienz der industriellen Fischerei, stellt Galbraith fest. Unsere derzeitigen Strategien verschwenden viel mehr Biomasse und die darin enthaltene Energie, als wir tatsächlich verbrauchen. Wir haben auch nicht die Rolle ersetzt, die Biomasse einst spielte, obwohl sie heute gemessen an der Biomasse eine der größten Wirbeltierarten sind.
Von den größten Artengruppen in den Ozeanen sind rund 2,7 Gigatonnen verloren gegangen, während der Mensch rund 0,4 Gigatonnen ausmacht. Weitere Arbeiten seien erforderlich, um zu verstehen, wie sich dieser massive Biomasseverlust auf die Ozeane auswirkt, schrieb das Team.
„Die gute Nachricht ist, dass wir das Ungleichgewicht, das wir geschaffen haben, umkehren können, indem wir die Zahl der aktiven Fischereifahrzeuge auf der ganzen Welt reduzieren“, sagt Galbraith sagt . „Die Reduzierung der Überfischung wird auch dazu beitragen, die Fischerei profitabler und nachhaltiger zu machen – es ist eine potenzielle Win-Win-Situation, wenn wir uns zusammenreißen.“
Ihre Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .