การจัดระเบียบในธรรมชาติด้วยหลักคณิตศาสตร์นั้น สามารถพบได้ทั่วไปในระบบที่ภายนอกดูเหมือนจะปั่นป่วนวุ่นวายไร้กฎเกณฑ์ควบคุม แต่ที่จริงแล้วกลับมีแบบแผนทางการคำนวณบางอย่างกำกับไว้ โดยแบบแผนนี้มีความเป็นสากล สามารถพบได้ในทุกหนแห่ง ตั้งแต่โครงสร้างของผลึกแร่ธาตุไปจนถึงประชากรสัตว์น้ำของระบบนิเวศใต้มหาสมุทร

ล่าสุดผลวิจัยของทีมนักนักวิทยาศาสตร์นานาชาติ ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances พบว่า กิจกรรมของมนุษย์ในรอบเกือบสองศตวรรษที่ผ่านมา ได้ทำให้แบบแผนตามธรรมชาติที่ขนาดร่างกายของสัตว์น้ำแต่ละชนิดจะมีความสัมพันธ์เป็นสัดส่วนที่แน่นอนต่อจำนวนประชากรของมัน บิดเบี้ยวเปลี่ยนแปลงไปจากภาวะสมดุลตามกฎกำลัง (power law) ที่เคยเป็นมาโดยตลอดก่อนยุคอุตสาหกรรม

SCOTT CARR / GETTY IMAGES
ฉลามแนวปะการังเข้าโจมตีฝูงปลาจนแหวกออกเป็นทาง ที่ชายหาดของเกาะเฮรอนในรัฐควีนส์แลนด์ ประเทศออสเตรเลีย

กฎกำลังนั้นแสดงความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันระหว่างตัวเลข 2 จำนวน โดยความเปลี่ยนแปลงในจำนวนหนึ่ง จะส่งผลให้เกิดความเปลี่ยนแปลงเป็นสัดส่วนตามการยกกำลังในอีกจำนวนหนึ่งด้วย

กฎกำลังที่เป็นแบบแผนในธรรมชาติของสัตว์ทะเลนั้นเรียกว่า “การจัดเรียงลำดับของเชลดอน” (Sheldon’s spectrum) โดยกฎนี้ชี้ว่าขนาดตัวหรือมวลกาย (body mass) ของสัตว์ทะเลชนิดหนึ่ง จะสัมพันธ์เป็นสัดส่วนยกกำลังกับจำนวนประชากรของพวกมัน

สัตว์เล็กที่มีมวลกายน้อยเช่นแพลงก์ตอนจะมีประชากรจำนวนมหาศาล ในขณะที่สัตว์ขนาดใหญ่อย่างวาฬจะมีจำนวนน้อยนิด แต่โดยเฉลี่ยแล้ว ภาวะสมดุลนี้จะทำให้มวลรวมของสัตว์ทะเลในแต่ละอันดับขนาด (order of magnitude) มีอยู่เท่ากัน หากคิดคำนวณจากมหาสมุทรทั้งหมดของโลก

• วงจรชีวิตจักรพรรดิโรมันเป็นไปตาม “กฎกำลัง” ทางคณิตศาสตร์
• ทรัพยากรทางทะเลถูกทำลายไปแค่ไหน เมื่อสหรัฐฯ ทดสอบระเบิดใต้น้ำ
• ออสเตรเลียค้นพบหอคอยปะการังใต้ทะเล สูงตระหง่านยิ่งกว่าตึกระฟ้า

ทีมผู้วิจัยได้ยกตัวอย่างคริลล์ (krill) สัตว์ตัวจิ๋วที่คล้ายกุ้งและเคยว่า มีขนาดเล็กกว่าปลาทูน่าถึง 12 อันดับขนาด แต่ก็จะมีจำนวนประชากรมากกว่าปลาทูน่า 12 อันดับขนาด หรือมากกว่าราวหนึ่งพันล้านเท่าด้วยเช่นกัน ซึ่งน่าอัศจรรย์ว่ามวลรวมของคริลล์และมวลรวมของปลาทูน่า รวมทั้งมวลรวมของสัตว์ทะเลแต่ละขนาดในโลกนี้ จะมีอยู่เท่ากันหมดที่ราว 1 กิกะตัน พอดิบพอดี

IAN HATTON ET AL.
แผนภูมิแสดงสัดส่วนของมวลกายต่อจำนวนประชากรสัตว์ทะเลแต่ละชนิด ซึ่งเป็นไปตามกฎกำลังทางคณิตศาสตร์

ดร. เอียน แฮตตัน นักนิเวศวิทยาทางทะเลจากมหาวิทยาลัยปกครองตนเองบาร์เซโลนา (UAB) ของสเปน และนักวิจัยสังกัดสถาบันมักซ์พลังก์เพื่อการศึกษาคณิตศาสตร์ในวิทยาศาสตร์ (MIS) ของเยอรมนี ผู้นำทีมวิจัยในครั้งนี้บอกว่า ได้เปรียบเทียบข้อมูลของสัตว์ทะเลหลากชนิด ตั้งแต่ขนาดเล็กจิ๋วไปจนถึงขนาดใหญ่โตมโหฬารที่สุด 12 กลุ่ม โดยใช้ตัวอย่างที่เก็บจากน้ำทะเลกว่า 200,000 ตัวอย่าง จาก 33,000 ตำแหน่งทั่วโลก รวมทั้งข้อมูลในประวัติศาสตร์ที่บันทึกไว้ก่อนปี 1850 มาวิเคราะห์ร่วมกัน

ผลปรากฏว่าตั้งแต่ช่วงต้นศตวรรษที่ 19 เป็นต้นมา กิจกรรมของมนุษย์เช่นการทำอุตสาหกรรมประมงอย่างหนัก ได้ทำให้ชีวมวล (biomass) หรือมวลจากร่างกายของปลาและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเล ลดลงไปจากที่ควรจะเป็นตามกฎกำลังถึง 60% โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับกลุ่มสัตว์ทะเลที่มีขนาดใหญ่เป็นลำดับต้น ซึ่งมีมวลกายคิดเป็น 1 ใน 3 ของสัตว์ทะเลทั้งหมด

“จำนวนประชากรวาฬนั้นลดลงถึง 90% ทั้งที่การบริโภคปลาทะเลนั้นต่ำกว่า 3% ของปริมาณอาหารทั้งปีที่คนกินเข้าไปด้วยซ้ำ สิ่งนี้บ่งชี้ถึงการทำประมงที่ไม่ยั่งยืนและไม่มีประสิทธิภาพ” ทีมผู้วิจัยกล่าว

“มนุษย์ได้เปลี่ยนแปลงระเบียบแบบแผนในธรรมชาติและการไหลเวียนของพลังงานในระบบนิเวศ เพราะการเข้ามาเล่นบทผู้ล่าสูงสุดในห่วงโซ่อาหารของมหาสมุทรเสียเอง อย่างไรก็ตาม เราหวังว่าการค้นพบนี้จะนำไปสู่การประเมินและคำนวณตัวเลขเป้าหมาย ซึ่งจะตัดลดการทำประมงเกินพิกัดได้อย่างจริงจัง และช่วยแก้ปัญหาสมดุลระบบนิเวศในมหาสมุทรนี้ได้”