就像星团或布朗运动一样，当样本足够庞大的时候，反而可以找到数学定律来准确描述和预测混乱的动态生态系统。

但是，由于人类现在惊人的破坏性影响力，我们的行为后果甚至已打破了自然的统计规律。

昆士兰科技大学的海洋生态学家Ryan Heneghan解释说："人类对海洋的影响比单纯的捕鱼更为戏剧性。似乎我们已经打破了规格谱--自然界中已知的最大的幂律分布之一。"

幂律可以用来描述生物学中的许多东西，从级联神经活动的模式到各种物种的觅食旅程。它是指两个数量，无论它们的初始值是什么，相对于彼此的比例同步变化。

在1972年由雷蒙德·W·谢尔顿领导的一篇论文中，首先描述了现在被称为 "谢尔顿谱"的一种特殊类型的幂律，这两个量由生物体的身体大小与丰度之间的比例构成。因此，它们越大，在一个设定的物种群中，个体数量往往会越少。

例如，虽然磷虾比金枪鱼小12个数量级，但它们的数量比金枪鱼多12个数量级。因此，假设世界上所有的金枪鱼肉加起来(金枪鱼生物量)与世界上所有的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，科学家们只在水生环境中有限的物种群里，在相对较小的尺度上测试了这种自然缩放模式。从海洋浮游生物到淡水中的鱼类，这种模式都是正确的--较大的、数量较少的物种的生物量与较小的、数量较多的物种的生物量大致相等。

现在，马克斯-普朗克研究所的生态学家伊恩·哈顿(Ian Hatton)和同事研究了这一规律是否也反映了在全球范围内发生的情况。

哈顿说："比较从细菌到鲸鱼的生物体的最大挑战之一是规模上的巨大差异。它们的质量比例相当于一个人和整个地球之间的比例。我们从全球收集的20多万份水样中估计出了规模较小的生物，但较大的海洋生物需要完全不同的方法。"

利用历史数据，研究小组证实了谢尔顿谱在全球范围内对工业化前的海洋条件(1850年之前)成立。在12组海洋生物中，包括细菌、藻类、浮游动物、鱼类和哺乳动物，在全球海洋的33000个网格点上，每个大小类别的生物体的生物量大致相等。

麦吉尔大学地球科学家埃里克·加尔布雷斯说："我们惊讶地看到，每类大小属于同一数量级的生物在全球范围内均包含大约1千兆吨的生物量。”

哈顿团队讨论了对此的可能解释，包括由捕食者-猎物相互作用、新陈代谢、生长率、繁殖和死亡率等因素设定的限制。这些因素中的许多也随着生物体的大小而变化。但目前它们都只是猜测。

加尔布雷思说："海洋生物在不同大小中均匀分布的事实是了不起的。我们不明白为什么它需要这样--为什么小东西不能比大东西多得多？或者一个位于中间的理想尺寸？从这个意义上说，这些结果突出了我们对生态系统的了解有多少空白之处。"

然而，在所研究的尺度的两个极端，有两个例外情况。细菌的数量比规律预测的要多，而鲸鱼则少得多。同样，为什么是一个完全的谜。

研究人员随后将这些发现与适用于当今样本和数据的相同分析进行了比较。虽然幂律仍然大部分适用，但对于较大的生物体来说，它的模式有一个明显的中断。

他们在论文中写道："人类的影响似乎已经大大截断了谱的上三分之一。人类不仅取代了海洋的顶级捕食者，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中的能量流。”

虽然鱼类在人类每年的食物消费中占不到3%，但研究小组发现，自19世纪以来，我们已经将鱼类和海洋哺乳动物的生物量减少了60%。对于地球上最巨大的活体动物来说，情况甚至更糟--历史上的狩猎使我们的鲸鱼减少了90%。

加尔布雷思指出，这确实突出了工业化捕鱼的破坏性和本质低效。我们目前的策略正在浪费大量的生物质和它们所拥有的能量。我们也没有取代生物量曾经发挥的作用，尽管我们现在是生物量最大的脊椎动物物种之一。

海洋中最大的物种群已经损失了大约27亿吨，而人类占了大约0.4亿吨。该团队写道，需要进一步的工作来了解这种生物量的巨大损失是如何影响海洋的。

"好消息是，我们可以扭转我们所造成的不平衡，通过减少世界各地活跃的渔船数量。减少过度捕捞也将有助于使渔业更加有利可图和可持续发展--这是一个潜在的双赢结果，如果我们能齐心协力。"

他们的研究发表在《科学进展》上。

https://www.sciencealert.com/humans-have-broken-the-natural-law-of-life-s-size-spectrum-in-the-ocean

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