Но, как говорится в новом исследовании журнала Limnology & Oceanography Letters, когда дело доходит до крайностей биологии, недостаточно просто ожидать неожиданного. Мы также должны быть готовы к беспрецедентному.
Данные, накопленные за более чем три десятилетия по физическим, химическим и биологическим переменным в 11 озерах Среднего Запада, показывают, что, хотя температура в озерах и концентрация питательных веществ повышаются в относительно ожидаемых пределах, биологические организмы достигают крайних значений популяции.
Полученные данные ставят под сомнение предвзятые мнения о том, как выглядит "нормальное" распределение средних и крайних значений.
«Не уделялось много внимания экстремальным колебаниям в биологических временных рядах», – говорит ведущий автор статьи Райан Батт, который проводил исследование в качестве аспиранта в Центре лимнологии Университета штата Вашингтон в Мэдисоне. "Мы склонны думать о таких вещах, которые причиняют огромные страдания человеческому населению, например о стихийных бедствиях или финансовых крахах.
Я хотел узнать, как обстоят дела в биологии, но не ожидал, что это будет настолько экстремально."
Батт, ныне постдокторант в Университете Рутгерса, воспользовался данными, собранными за десятилетия на сайте долгосрочных экологических исследований (LTER) Национального научного фонда в Висконсине. С 1981 года в рамках проекта LTER Северных умеренных озер регулярно измеряется все, от температуры воды до концентраций питательных веществ и популяций рыб в 11 озерах штата Висконсин.
В сумме это привело к данным по 595 различным переменным за 30 лет, говорит Батт.
Данные показывают, что популяции растений, рыб и планктона, обитающие в исследуемых озерах, достигают таких экстремальных значений, что в других наборах данных цифры могут показаться выбросами. Например, рассмотрим рост человека.
«Если бы вы увидели ходящего вокруг человека ростом 14 футов, это было бы безумием», – говорит Батт. "Даже один фут в высоту имеет огромное значение с точки зрения того, что он отличается от того, что мы считаем" нормальным ".’"
Однако в наборе данных такие крайности встречались чаще, чем ожидали исследователи.
«Моя интуиция подсказывала, что в биологии будет меньше крайностей», – говорит Стив Карпентер, директор Центра лимнологии в Мэдисоне и соавтор исследования. "Но все время устанавливались новые рекорды."
Рыболовы на озере Мендота в Мэдисоне, штат Висконсин, входящем в LTER, возможно, испытали эти крайности на собственном опыте.
За 30 лет, в течение которых исследователи регистрировали популяции рыб, средний улов популярного и вкусного панфиша, синежабры, составлял около пяти рыб за час рыбалки. Но в 1983 и 2004 годах этот улов составлял более 30 в час.
Близлежащее озеро Монона демонстрирует аналогичный потенциал крайностей. С 1995 до начала 2000-х годов численность синежабрых рыб колебалась от 200 000 до 300 000 особей.
Затем, в 2002 году, это число выросло до нового предела – 500 000, почти вдвое превысив предыдущий максимум. Всего через три года после этого оно превысило отметку в 800000 рыб.
Батт решил сосредоточиться на «взлетах, а не на спадах», потому что это было более интересно и немного противоречиво. «Мы всегда смотрим на биологию как на то, что она должна иметь дело с экстремальными явлениями в окружающей среде, например, когда была волна тепла и погибла стая рыб, или произошло похолодание и стая рыб умерла», – говорит он. "Мы всегда думаем об окружающей среде как о смертельных крайностях. Я хотел знать, что возможно за пределами того, что я могу себе представить?"
Сказать, что ответ удивил исследователей, может быть слишком мягко сказано.
Наблюдение за такими крайностями в физических и химических данных озер требует длительного ожидания и сбора объемов данных, прежде чем будут установлены новые рекорды, и эти рекорды обычно не были шокирующими. Карпентер говорит, что с биологическими данными исследователям не пришлось долго ждать, и то, что они наблюдали, заставило их подумать: «Ого, это больше желтого окуня, чем мы когда-либо видели раньше.«Во многом», – добавляет он.
В отчете авторы предлагают один механизм, который может управлять этим явлением.
Они предполагают, что, возможно, организмы настроены использовать преимущества хороших условий, усиливая такие вещи, как оптимальная температура или увеличение доступных питательных веществ. Годы с менее резкими ударами в условиях окружающей среды могут соответствовать беспрецедентному росту популяций рыб или водорослей, хотя исследователям еще предстоит проверить это.
Если это так, говорит Карпентер, это предполагает, что экологи должны больше думать об экологических причинах крайностей, в то время как менеджеры ресурсов должны «ожидать крайностей в биологии, возможно, большего, чем наша интуиция может заставить нас думать."
На самом деле, поскольку деятельность человека влияет на всевозможные факторы окружающей среды, от изменения климата до потери среды обитания и загрязнения питательными веществами, мы должны быть готовы к большой вариативности того, что эти изменения означают для растений и животных, которые называют эти экосистемы своим домом, говорят исследователи. Однако, по словам Карпентера, с учетом той изменчивости, которую выявило исследование, становится трудно решить, какими могут быть «нормальные» уровни и пределы популяции.
«Мы должны быть готовы к новым рекордам», – говорит Карпентер.