雖然聽起來令人驚訝，但海洋中的所有生命形式–從小磷蝦到大金槍魚–似乎都在遵守一個簡單的數學定律，即將生物體的丰度跟它的身體大小聯繫起來。比如儘管小磷蝦的個體重量只有大金槍魚的十億分之一，但它們在整個海洋中的數量往往是大金槍魚的十億倍。
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這個被稱為“Sheldon粒徑譜”理論的想法最早是在20世紀70年代提出的，但直到現在還沒有在廣泛的海洋物種和全球範圍內進行測試。一個國際研究小組–包括來自麥吉爾大學的研究人員–發現，該理論似乎曾經成立過，但這種自然平衡現在已被廣泛的工業化捕撈所急劇改變。
在最近發表在《Science Advances》上的一項研究中，一個包括來自麥吉爾大學、德國馬克斯-普朗克科學數學研究所、西班牙環境科學與技術研究所、澳大利亞昆士蘭科技大學和以色列魏茨曼科學研究所的研究人員的國際團隊發現，當海洋處於更原始的狀態時（在20世紀和大規模工業捕魚出現之前），粒徑譜理論似乎是真實的。
這項研究的論文資深作者、麥吉爾大學地球和行星科學系教授Eric Galbraith說道：“海洋生物在不同大小之間均勻分佈的事實是了不起的。我們不明白為什麼需要這樣–為什麼小東西不能比大東西多得多？或者一個位於中間的理想尺寸？從這個意義上說，這些結果突出了我們對生態系統有多少不了解。”
從細菌到鯨魚–找到一種測量所有海洋生物的方法
為了獲得一個前所未有的物種的當前數量，研究人員利用不同的近期研究來構建出一個大型的全球海洋生物數據集，包括細菌、浮游植物、浮游動物、魚類和哺乳動物。他們的方法使他們能夠區分整個海洋中12個主要水生生物群體的空間分佈。
這項研究的第一作者、馬克斯-普朗克研究所的亞歷山大-馮-洪堡研究員Ian Hatton回憶道：“要找到一種方法來充分比較規模差異如此巨大的生物體的測量結果是很有挑戰性的。雖然微觀的水生生物可以從全球收集的20多萬個水樣中估算出來，但較大的海洋動物可以游過整個海洋盆地，需要用完全不同的方法進行估算。”
研究人員還使用歷史重建和海洋生態系統模型來估計原始海洋（20世紀前）的海洋生物量，並將這些數據跟現在進行比較。他們發現，儘管在兩個極端–鯨魚和細菌–都有例外，但在身體大小的每個數量級範圍內曾經有一個非常穩定的生物量，約是1千兆噸。這意味着在任何體型和大十倍的體型之間其海洋中的生命總量加起來總是約10億噸，而不管開始的體型如何。但工業化捕魚已經大大改變了這一情況。
人類對海洋生物量的影響
跟原始海洋中幾乎恆定的生物量頻譜相比，研究人員對頻譜的檢查顯示了人類對最大尺寸的生物量分佈的重大影響。
雖然捕魚占人類食物消耗量的不到3%，但它對生物量光譜的影響是毀滅性的。大型魚類（指任何長於10厘米的魚類）經歷了約20億噸的總生物量損失（減少60%），從而使漁民每年捕獲的0.1億噸相形見絀。從歷史上看，捕鯨對生物量最大的一端甚至更具破壞性，最大的鯨魚遭受90%的損失。事實上，研究人員估計，在過去的一個世紀里，工業化捕魚和捕鯨造成的損失遠遠大於未來80年裡由於氣候變化情景而造成的潛在生物量損失，即使是在悲觀的排放情景下。
“從這個全球角度來看，最大的驚喜是捕魚的巨大低效率，”Galbraith指出，“當工業化捕魚船隊出去在海洋中捕魚時，他們的行為不像跟他們競爭的大型捕食性魚類、海豹或鳥類那樣，只是以保持魚群穩定的方式消耗少量的魚群。人類不僅僅是取代了海洋中的頂級捕食者，而是完全改變了整個海洋生態系統的能量流動。”
此外，他還補充稱：“好消息是，我們可以通過減少世界各地活躍的漁船數量來扭轉我們所造成的不平衡。減少過度捕撈也將有助於使漁業更有利可圖和可持續發展–如果我們能把我們的行動放在一起，這是一個潛在的雙贏。”