研究：人类或打破了海洋的一个基本规律

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一路上，Hudson研究船频繁停留，以便其科学家能够收集样本和进行测量。其中科学家 Ray Sheldon在智利瓦尔帕莱索登上了Hudson研究船。作为加拿大贝德福德海洋研究所的海洋生态学家，Sheldon对海洋中似乎随处可见的微型浮游生物非常着迷：这些微小的生物体传播得有多远多广？为了找到答案，Sheldon和他的同事们把一桶桶海水拖到Hudson实验室，用浮游生物计数机来计算他们发现的生物的大小和数量。

他们发现，海洋中的生命遵循一个简单的数学规则：一个生物的丰度与它的身体大小密切相关。换句话说，生物体越小，你在海洋中发现的生物就越多。例如，小磷虾的个体重量只有大金枪鱼的十亿分之一，但它们的数量约是金枪鱼的十亿倍。

更令人惊讶的是，这一规则似乎是如何精确地发挥作用的。当Sheldon和他的同事们按照数量级来组织他们的浮游生物样本时，他们发现每个尺寸段所包含的生物质量是完全一样的。在一桶海水中，三分之一的浮游生物的质量在1到10微米之间，另外三分之一在10到100微米之间，最后三分之一在100微米到1毫米之间。每当他们向上移动一个尺寸组，该组的个体数量就会减少十分之一。总质量保持不变，而种群的大小发生变化。

Sheldon认为这一规则可能支配着海洋中的所有生命，从最小的细菌到最大的鲸鱼。这一预感被证明是正确的。众所周知，“Sheldon粒径谱”在浮游生物、鱼类和淡水生态系统中也被观察到。(事实上，在Sheldon之前三十年，一位俄罗斯动物学家已经在土壤中观察到了同样的模式，但他的发现大多没有被注意到）。麦吉尔大学地球和行星科学教授Eric Galbraith说：“这表明没有任何尺寸比其他尺寸更好。每个人都有同样大小的细胞。而且基本上，对于一个细胞来说，你在什么体型下并不重要，你只是有点倾向于做同样的事情。”

但是现在，人类似乎已经打破了这个海洋的基本规律。在《科学进展》杂志11月的一篇论文中，Galbraith和他的同事们表明，“Sheldon粒径谱”对较大的海洋生物不再适用。由于工业化捕鱼，大型鱼类和海洋哺乳动物的总海洋生物量比“Sheldon粒径谱”仍然有效的情况下应该有的要低得多。“曾经有这样一种模式，所有的生命似乎都在遵循这种模式，其原因我们并不了解，”Galbraith说。“在过去的100年甚至更短的时间内，我们已经改变了这一点。”

为了弄清“Sheldon粒径谱”是否仍然成立，Galbraith和他的同事们把来自卫星图像和海洋样本的浮游生物数据、预测鱼类丰度的科学模型以及来自国际自然保护联盟的海洋哺乳动物数量估计结合起来。该小组总共估计了从细菌到哺乳动物等12个主要海洋生物群的全球丰度。然后，他们将今天的海洋状况与对1850年以前海洋状况的估计进行了比较，其中考虑到了工业化捕鱼和捕鲸从水中捞出的鱼类和哺乳动物。为了简化事情，研究人员假设1850年的细菌、浮游生物和小型鱼类的水平与今天的水平相似。

当Galbraith和他的同事研究这个1850年前的估计时，他们可以立即看到“Sheldon粒径谱”在很大程度上是正确的。研究人员发现，在1850年以前的情况下，生物量在不同的尺寸范围内是非常一致的。当他们把所有重量在1到10克之间的生物体加起来，达到了10亿吨。所有重量在10至100克之间的生物也是如此，100克至1公斤之间的生物也是如此，以此类推。只有在光谱的极端--最小的细菌和最大的鲸鱼--测量结果才开始变化。

将这些1850年以前的估计值与现代的模型相比较，可以看出一个非常不同的情况。这些模型表明，自1800年以来，大于10克的鱼类和所有海洋哺乳动物的生物量减少了20多亿吨。自1800年以来，非常大的尺寸级别的生物量似乎减少了近90%。许多曾经在海洋中生存的大鱼和哺乳动物已经不存在了。

德国弗莱堡大学的海洋生态学家Kristin Kaschner说：“我长大的世界已经不复存在。从1890年到2001年，所有鲸鱼物种的数量从250多万减少到88万以下。虽然自1986年全球暂停捕鲸以来，一些鲸鱼物种的数量有所回升，但许多物种仍然处于濒危状态。虽然大多数鱼类种群的捕捞方式允许它们保持或增加其种群数量，但略高于34%的鱼类种群被过度开发，这意味着我们从某一地区清除了如此多的鱼类，它们的种群无法恢复。一些被过度开发的鱼类种群包括日本鳀鱼、阿拉斯加狭鳕和南美皮卡。我认为我们正在走向一个默认不是自然生态系统的世界，在这个系统中，一切都像你在有人类开发和干预之前那样。”

澳大利亚塔斯马尼亚大学的生态学家Julia Blanchard说，尽管目前的情况并不乐观，但观察海洋生物的尺寸范围可能是海洋健康的一个有用指标。Blanchard研究了珊瑚礁，发现当“Sheldon粒径谱”似乎不正常时，这是一个珊瑚礁生态系统不再健康的标志。她说：“如果我们正在寻找改善的方法，我们可能会问什么是维持大小光谱的捕鱼水平。”

一个问题是，渔业通常以科学家们所说的BOFFFFs为目标：大、老、肥、多产、雌性的鱼。他们庞大的身体被渔民所珍视，但BOFFFFs是新的小鱼的重要来源。如果把这些东西拿走，鱼群的大小就会迅速偏离轨道。管理这个问题的一个方法是鼓励捕鱼业以中等大小的鱼为目标，让成熟的鱼来补充枯竭的种群。

当然，过度捕捞并不是海洋种群所面临的唯一挑战。根据一项研究，在最坏的情况下，5摄氏度的变暖对50%的鱼类来说是太热了，甚至1.5摄氏度的变暖对10%的鱼类来说仍然是太多了。过度捕捞意味着这些种群的起点比它们本来的起点要弱得多。从海洋中取出太多鱼类，你就会减少遗传多样性，削弱食物网，并允许海洋栖息地退化，所有这些都使单个生态系统更容易受到变化的影响。"Blanchard说：“重要的是，当你把一个系统钓出来，然后它变暖了，它对这种变暖的复原力就会大大降低。”

好消息是，鱼类物种可以反弹。丹麦技术大学的海洋生态学家Ken Andersen说：“它们有极强的复原力”。9月，国际自然保护联盟将四个金枪鱼物种进一步移出其受威胁物种名单，因为它们的数量开始恢复，这得益于更严格的捕捞配额和对非法捕捞的打击。“阻止过度捕捞比阻止气候变化更容易，”Galbraith说。“如果我们减少捕鱼，如果我们允许生态系统恢复，我们就可以保持这种状态。”