Udvikling af en gravitationsteori for økologi

Et vigtigt gennembrud for EPFL -forskere kan føre til opdagelsen af ​​et sæt generelle love, der gælder for miljøvidenskaberne.

Er der en sammenhæng mellem en given arts kropsmasse og dens overflod, eller mellem et økosystems størrelse og dets biodiversitetsniveau? Økologer oplever ofte, at lignende forbindelser af denne type findes i forskellige økosystemer. Disse forhold kaldes skaleringslove, og de har vist sig at gælde i både marine og terrestriske miljøer og på forskellige typer organismer (f.eks. mikroorganismer, pattedyr og træer). Men indtil nu, der er ikke skabt en klar sammenhæng mellem disse love. Det ændrer sig nu:i en nylig undersøgelse har EPFL -forskere beviste eksistensen af ​​fælles makroøkologiske mønstre, der udvises af disse tilsyneladende uafhængige skaleringslove. Disse mønstre kan endda føre til opdagelsen af ​​et sæt generelle love for miljøvidenskaberne. Undersøgelsen blev for nylig offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences ( PNAS ).

Forskerne begyndte med at teste deres hypotese om tre sæt empiriske data om tropiske skove og samfund af pattedyr og krybdyr, der lever på øer med lignende klimaer. Ved hjælp af en computermodel, de replikerede derefter de love, de havde observeret i feltet, og udviklede generelle algebraiske formler, der binder dem alle sammen. "Vores mål var at rationalisere makroøkologiske mønstre observeret i forskellige økosystemer og placere dem i en samlet ramme, som de alle stammer fra, "siger Silvia Zaoli." Med andre ord, vi ønskede at finde deres fælles oprindelse. "Zaoli er ph.d. -studerende ved EPFL's Laboratory of Ecohydrology (ECHO) og undersøgelsens hovedforfatter.

Skaleringslove beskriver forholdet mellem to størrelser. Sandsynligheden for at finde en organisme i et økosystem, for eksempel, falder med organismens størrelse:der er flere bakterier end blåhvaler i havet. "Skaleringslove er defineret af deres eksponent, "Zaoli fortsætter." De bruges på flere niveauer, f.eks. til at forudsige, hvor mange arter der vil overleve, hvis deres levesteder krymper eller til modellering af fordelingen af ​​artens kropsmasse i et havsamfund i forhold til deres miljøfunktioner. De er også nyttige til at bestemme den mest almindelige kropsmasse i et samfund, samt den mindste og største. Den teoretiske ramme, som vi opdagede, viser, at selvom værdien af ​​hver eksponent varierer fra ét økosystem til det næste, alle eksponenter, der beskriver et økosystem, er forbundet med universelle relationer, der gælder for alle økosystemer. For eksempel, disse forhold forbinder en stigning i antallet af pattedyr, i forhold til størrelsen af ​​et økosystem, til en stigning i overflod af hver art. "

En af de to korrekturlæsere på PNAS tog det meget usædvanlige skridt med at sende opmuntrende feedback. I en kort kommentar, korrekturlæseren placerer forskernes arbejde i en bred, historisk perspektiv. For ham, denne undersøgelse har sat miljøvidenskaberne på vej mod at opdage en fysisk teori, der omfatter alle tidligere observerede love. Han sammenligner det med Tycho Brahes katalog over stjernernes positioner, planeter og kometer-et værk fra 1600-tallet, der dannede det empiriske grundlag for Johannes Keplers love om planetarisk bevægelse, hvilket igen lagde grunden til Isaac Newtons universelle tyngdelov. ”Det er rigtigt, at vi har planlagt et kursus i den retning, "siger Zaoli, "men vi ved, at vi har en lang vej at gå."