Een belangrijke doorbraak van EPFL-onderzoekers zou kunnen leiden tot de ontdekking van een reeks algemene wetten die van toepassing zijn op de milieuwetenschappen.

Is er een verband tussen de lichaamsmassa van een bepaalde soort en zijn overvloed, of tussen de grootte van een ecosysteem en het niveau van biodiversiteit? Ecologen vinden vaak dat soortgelijke relaties van dit type bestaan ​​in verschillende ecosystemen. Deze relaties worden schaalwetten genoemd, en het is aangetoond dat ze van toepassing zijn in zowel mariene als terrestrische omgevingen en op verschillende soorten organismen (bijv. micro-organismen, zoogdieren en bomen). Maar tot nu toe, tussen deze wetten is geen duidelijk verband gelegd. Daar komt nu verandering in:in een recente studie EPFL-onderzoekers bewezen het bestaan ​​van gemeenschappelijke macro-ecologische patronen die worden vertoond door deze ogenschijnlijk onafhankelijke schaalwetten. Deze patronen zouden zelfs kunnen leiden tot de ontdekking van een reeks algemene wetten die de milieuwetenschappen beheersen. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ).

De onderzoekers begonnen hun hypothese te testen op drie sets empirische gegevens over tropische bossen en gemeenschappen van zoogdieren en reptielen die op eilanden met vergelijkbare klimaten leven. Met behulp van een computermodel, ze repliceerden vervolgens de wetten die ze in het veld hadden waargenomen en ontwikkelden algemene algebraïsche formules die ze allemaal met elkaar verbinden. "Ons doel was om macro-ecologische patronen die in verschillende ecosystemen worden waargenomen te rationaliseren en ze in een uniform kader te plaatsen waaruit ze allemaal voortkomen, " zegt Silvia Zaoli. "Met andere woorden, we wilden hun gedeelde oorsprong vinden." Zaoli is een PhD-student bij EPFL's Laboratory of Ecohydrology (ECHO) en de hoofdauteur van de studie.

Schaalwetten beschrijven de relatie tussen twee grootheden. De kans op het vinden van een organisme in een ecosysteem, bijvoorbeeld, neemt af met de grootte van het organisme:er zijn meer bacteriën dan blauwe vinvissen in de oceaan. "Schaalwetten worden gedefinieerd door hun exponent, " vervolgt Zaoli. "Ze worden op verschillende niveaus gebruikt, zoals voor het voorspellen hoeveel soorten zullen overleven als hun leefgebied krimpt of voor het modelleren van de verdeling van de lichaamsmassa van soorten in een mariene gemeenschap in verhouding tot hun omgevingsfuncties. Ze zijn ook handig voor het bepalen van de meest voorkomende lichaamsmassa binnen een gemeenschap, evenals de kleinste en grootste. Het theoretische raamwerk dat we ontdekten laat zien dat, zelfs als de waarde van elke exponent varieert van het ene ecosysteem tot het andere, alle exponenten die een ecosysteem beschrijven zijn verbonden door universele relaties die voor alle ecosystemen gelden. Bijvoorbeeld, deze relaties verbinden een toename van het aantal zoogdieren, in verhouding tot de grootte van een ecosysteem, tot een toename van de overvloed van elke soort."

Een van de twee recensenten bij PNAS nam de hoogst ongebruikelijke stap om bemoedigende feedback te sturen. In een korte opmerking, de recensent situeert het werk van de onderzoekers in een brede, historisch perspectief. Voor hem, deze studie heeft de milieuwetenschappen op weg gezet naar het ontdekken van een natuurkundige theorie die alle eerder waargenomen wetten omvat. Hij vergelijkt het met Tycho Brahe's catalogus van de posities van sterren, planeten en kometen - een 17e-eeuws werk dat de empirische basis vormde voor Johannes Kepler's wetten van planetaire beweging, die op zijn beurt de basis legde voor de universele wet van de zwaartekracht van Isaac Newton. "Het is waar dat we een koers in die richting hebben uitgezet, " zegt Zaoli, "maar we weten dat we nog een lange weg te gaan hebben."