正如行星或分子系统一样，可以发现数学定律：准确描述并允许预测在混乱动态的生态系统中也是如此——至少，如果我们缩小得足够大。
但随着人类现在拥有这样的对我们共同生活在这个星球上的生命造成破坏性影响，我们甚至使这些曾经自然的普遍性陷入混乱。
“人类已经影响了海洋以比仅仅捕捉鱼更戏剧化的方式，”解释了昆士兰科技大学的海洋生态学家 Ryan Heneghan。
“看来我们已经打破了尺寸谱——自然界中已知的最大幂律分布之一。”
这幂律可以用来描述生物学中的许多事物，从级联神经活动模式不同物种的觅食之旅。 当两个量，无论它们的初始起点是什么，相对于彼此按比例变化时。
在特定类型的幂律的情况下，首先在一篇论文中描述由 Raymond W. Sheldon 于 1972 年领导，现在被称为“谢尔顿谱”，这两个量是生物体的身体大小，与其丰度成比例。 因此，它们的体型越大，在一定的物种大小群体中，个体的数量往往会越来越少。
例如，虽然磷虾比金枪鱼小 12 个数量级（约 10 亿）倍，但它们的数量也比金枪鱼多 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，科学家仅在水生环境中有限的物种群体中以相对较小的规模测试了这种自然尺度模式。 从海洋浮游生物， 到淡水中的鱼这种模式是正确的——较大但数量较少的物种的生物量大致相当于较小但数量较多的物种的生物量。
现在，马克斯·普朗克研究所的生态学家伊恩·哈顿和同事正在研究这项法律是否也反映了全球范围内正在发生的事情。
“比较细菌和鲸鱼的生物体的最大挑战之一是规模上的巨大差异，”说哈顿。
“它们的质量之比相当于人类与整个地球的质量之比。我们从全球收集的超过20万个水样中估算出了规模较小的生物，但更大的海洋生物则需要完全不同的方法。”
利用历史数据，该团队确认谢尔登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 12 个海洋生物类群中，包括细菌、藻类、浮游动物、鱼类和哺乳动物，在全球海洋的 33,000 多个网格点中，每个大小类别的生物体中存在大致相等的生物量。
“我们惊讶地发现，全球每个数量级的生物量都包含大约 1 十亿吨的生物量。”说麦吉尔大学地球科学家埃里克·加尔布雷思。
（伊恩·哈顿等人，科学进展，2021）
哈顿和团队讨论了对此的可能解释，包括捕食者与猎物相互作用、新陈代谢、生长速度、繁殖和死亡率等因素所造成的限制。 其中许多因素也与生物体的大小有关。 但目前这些都只是猜测。
“海洋生物的大小均匀分布这一事实是值得注意的，”说加尔布雷斯。 “我们不明白为什么需要这样——为什么小东西不能比大东西多得多？或者是一个位于中间的理想尺寸？从这个意义上说，结果突显了我们有多少不了解生态系统。”
然而，在所检查的尺寸范围的两个极端中，该规则有两个例外。 细菌的数量比法律预测的要多，而鲸鱼的数量却少得多。 再说一遍，为什么完全是个谜。
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。 虽然幂律仍然主要适用，但其模式在较大的生物体中明显受到破坏。
研究小组表示：“人类影响似乎已显着缩短了频谱的上三分之一。”在他们的论文中写道。 “人类不仅取代了海洋的顶级掠食者，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的能量流动。”
（伊恩·哈顿等人，科学进展，2021）
虽然鱼类仅占人类年度食物消耗量的不到 3%，但研究小组发现，自 1800 年代以来，鱼类和海洋哺乳动物的生物量已减少了 60%。 对于地球上最大的现存动物来说，情况更糟——历史上的狩猎导致鲸鱼数量减少了 90%。
加尔布雷思指出，这确实凸显了工业化捕捞的低效率。 我们目前的策略浪费的生物质及其所蕴含的能源比我们实际消耗的要多得多。 尽管我们现在是生物量最大的脊椎动物物种之一，但我们也没有取代生物量曾经发挥的作用。
海洋中最大的物种群已经损失了大约 2.7 十亿吨，而人类则损失了大约 0.4 十亿吨。 研究小组写道，需要进一步开展工作来了解生物量的大量损失如何影响海洋。
“好消息是，我们可以通过减少世界各地活跃渔船的数量来扭转我们造成的不平衡，”加尔布雷思说。 “减少过度捕捞也将有助于提高渔业的利润和可持续性——如果我们能够齐心协力，这将是一个潜在的双赢。”
他们的研究发表在科学进步。
