Mensen zijn bekend met het idee van extreme gebeurtenissen. Meteorologen houden ons op de hoogte van orkanen, overstromingen en hoge temperaturen. Economen letten op de aandelenmarkt op tekenen van crashes of rally's. We besteden veel tijd aan het beter voorspellen van deze gebeurtenissen, toch zijn ze vaak verrast wanneer ze zich voordoen.

Maar, zegt een nieuwe studie in het tijdschrift Limnologie en oceanografie Brieven, als het gaat om de uitersten van de biologie, het is niet genoeg om alleen het onverwachte te verwachten. We moeten ook voorbereid zijn op het ongekende.

Meer dan drie decennia aan gegevens over de fysieke, chemische en biologische variabelen in 11 meren in het Midwesten laten zien dat terwijl de temperatuur van het meer en de nutriëntenconcentraties binnen relatief verwachte marges stijgen, biologische organismen bereiken hoge populatie-extremen. De bevindingen dagen vooroordelen uit over hoe een "normale" verdeling van gemiddelden en extremen eruitziet.

"Er is niet veel aandacht besteed aan extreme fluctuaties in biologische tijdreeksen, " zegt hoofdauteur van het artikel, Ryan Bat, die de studie uitvoerde als een afgestudeerde student aan het UW-Madison's Centre for Limnology. "We hebben de neiging om aan deze dingen te denken die een enorm leed veroorzaken bij de menselijke bevolking, zoals natuurrampen of financiële ineenstortingen. Ik wilde weten hoe biologie zich opstapelde, maar ik had niet verwacht dat het zo extreem zou zijn."

Bat, nu een postdoctoraal onderzoeker aan de Rutgers University, profiteerde van tientallen jaren aan gegevens verzameld door de Long-Term Ecological Research (LTER) -site van de National Science Foundation in Wisconsin. Sinds 1981, het North Temperate Lakes LTER-project heeft routinematig alles gemeten, van watertemperatuur tot nutriëntenconcentraties en vispopulaties in 11 meren van Wisconsin. Dat kwam op tot gegevens over 595 verschillende variabelen over 30 jaar, zegt Bat.

Uit de gegevens blijkt dat populaties van de planten, vissen en plankton die in de studiemeren leven, stijgen tot zulke extremen dat in andere soorten datasets, de cijfers lijken uitschieters. Bijvoorbeeld, rekening houden met menselijke lengte.

"Als je iemand zag rondlopen die 14 voet lang was, dat zou gek zijn, " zegt Batt. "Zelfs een enkele voet in hoogte maakt een enorm verschil in termen van een uitbijter voor wat we als 'normaal' zouden beschouwen."

Echter, in de gegevensset, dergelijke uitersten kwamen vaker voor dan onderzoekers hadden verwacht.

"Mijn intuïtie was dat biologie minder extremen zou hebben, " zegt Steve Carpenter, directeur van het UW-Madison Center for Limnology en een co-auteur van de studie. "Maar er werden voortdurend nieuwe records gevestigd."

Vissers op Madison, Lake Mendota in Wisconsin, onderdeel van LTER, deze uitersten uit de eerste hand hebben ervaren. In de 30 jaar dat onderzoekers vispopulaties hebben geregistreerd, een gemiddeld vangstpercentage voor de populaire en smakelijke panfish, bluegill, was ongeveer vijf vissen per uur vissen. Maar, in 1983 en opnieuw in 2004, dat vangstpercentage was meer dan 30 per uur.

Het nabijgelegen Lake Monona vertoont een vergelijkbaar potentieel voor extremen. Van 1995 tot het begin van de jaren 2000, Bluegill-populaties schommelden tussen ongeveer 200, 000 en 300, 000 vissen. Vervolgens, in 2002, dat aantal piekte tot een nieuw uiterste van 500, 000, bijna een verdubbeling van het vorige hoge cijfer. Pas drie jaar daarna, het piekte op ongeveer 800, 000 vissen.

Batt koos ervoor om zich te concentreren op "booms not busts" omdat het interessanter en een beetje contra-intuïtief was. "We kijken altijd naar biologie als iemand die te maken heeft met extreme gebeurtenissen in de omgeving, alsof er een hittegolf was en een stel vissen stierf of er een koudegolf was en een stel vissen stierf, " zegt hij. "We hebben de neiging om altijd aan het milieu te denken als uitersten die dodelijk zijn. Wat ik wilde weten is, wat is er meer mogelijk dan ik me kan voorstellen?"

Om te zeggen dat het antwoord verrast is, formuleren de onderzoekers het misschien te zacht.

Om zulke extremen in de fysische en chemische gegevens van de meren te zien, moet je lang wachten en grote hoeveelheden gegevens verzamelen voordat nieuwe records worden gevestigd. en die records waren meestal niet erg schokkend. Met de biologische gegevens Carpenter zegt dat onderzoekers niet lang hoefden te wachten, en wat ze wel zagen, deed hen denken:"'Wauw, dat is meer gele baars dan we ooit hebben gezien.' Door veel, " hij voegt toe.

In het rapport, de auteurs stellen één mechanisme voor dat dit fenomeen kan aansturen. Misschien, Ze stellen voor, organismen zijn klaar om te profiteren van goede omstandigheden, het versterken van zaken als optimale temperaturen of een toename van beschikbare voedingsstoffen. Jaren met minder extreme hobbels in omgevingscondities kunnen overeenkomen met ongekende hausses in vis- of algenpopulaties, hoewel de onderzoekers dit nog moeten testen.

Als, zegt timmerman, het suggereert dat ecologen meer zouden moeten nadenken over de ecologische oorzaken van extremen, terwijl resourcemanagers "extremen in de biologie zouden moeten verwachten, misschien meer dan onze intuïtie ons zou doen denken."

In feite, aangezien menselijke activiteit invloed heeft op allerlei omgevingsvariabelen, van klimaatverandering, tot habitatverlies, tot vervuiling door nutriënten, we moeten ons voorbereiden op een grote variabiliteit in wat die veranderingen betekenen voor de planten en dieren die deze ecosystemen noemen, zeggen de onderzoekers. Echter, met het soort variabiliteit dat de studie aan het licht bracht, timmerman zegt, het wordt moeilijk om te beslissen wat "normale" bevolkingsniveaus en -limieten zouden kunnen zijn.

"We moeten voorbereid zijn op nieuwe records, " zegt Timmerman.