Människor är bekanta med tanken på extrema händelser. Meteorologer håller oss uppdaterade om orkaner, översvämningar och höga temperaturer. Ekonomer tittar på aktiemarknaden efter tecken på krascher eller rallyn. Vi spenderar mycket tid på att bättre förutsäga dessa händelser, men blir ofta förvånade när de inträffar.

Men, säger en ny studie i tidskriften Limnologi &Oceanografi Brev, när det kommer till biologins ytterligheter, det räcker inte att bara förvänta sig det oväntade. Vi måste vara redo för det aldrig tidigare skådade också.

Mer än tre decennier av data om fysiska, kemiska och biologiska variabler i 11 sjöar i Mellanvästern visar att medan sjötemperaturer och näringsämneskoncentrationer stiger inom relativt förväntade intervall, biologiska organismer uppnår höga populationsextremer. Fynden utmanar förutfattade meningar om hur en "normal" fördelning av medelvärden och ytterligheter ser ut.

"Det har inte ägnats mycket uppmärksamhet åt extrema fluktuationer i biologiska tidsserier, " säger huvudförfattaren till tidningen, Ryan Batt, som genomförde studien som doktorand vid UW-Madisons Center for Limnology. "Vi tenderar att tänka på dessa saker som orsakar en enorm nöd för mänskliga befolkningar, som naturkatastrofer eller finansiella kollapser. Jag ville veta hur biologin stod till, men jag förväntade mig inte att det skulle vara så extremt."

Batt, nu postdoktor vid Rutgers University, utnyttjade årtionden av data som samlats in av National Science Foundations webbplats för långtids ekologisk forskning (LTER) i Wisconsin. Sedan 1981, North Temperate Lakes LTER -projektet har rutinmässigt mätt allt från vattentemperatur till näringskoncentrationer och fiskpopulationer i 11 Wisconsin -sjöar. Det summerade till data om 595 olika variabler under 30 år, säger Batt.

Data visar att populationer av växter, fisk och plankton som lever i studiesjöarna stiger till sådana extremer att i andra typer av datauppsättningar, siffrorna skulle verka som extremvärden. Till exempel, överväga mänsklig längd.

"Om du såg någon gå runt som var 14 fot lång, det vore galet, " säger Batt. "Till och med en fot i höjden gör en enorm skillnad när det gäller att vara en avvikare för vad vi skulle betrakta som "normalt."

Dock, i datamängden, sådana extremer var vanligare än forskarna förväntade sig.

"Min intuition var att biologin skulle ha färre ytterligheter, " säger Steve Carpenter, chef för UW-Madison Center for Limnology och medförfattare till studien. "Men det sattes nya rekord hela tiden."

Sportfiskare på Madison, Wisconsin Lake Mendota, del av LTER, kan ha upplevt dessa extremer på egen hand. Under de 30 år som forskare har registrerat fiskpopulationer, en genomsnittlig fångsthastighet för den populära och välsmakande panfishen, Bluegill, var cirka fem fiskar per timmes fiske. Men, 1983 och igen 2004, att fångsthastigheten var över 30 per timme.

Den närliggande sjön Monona visar liknande potential för extremer. Från 1995 till början av 2000-talet, Bluegill-populationer fluktuerade mellan cirka 200, 000 och 300, 000 fiskar. Sedan, år 2002, den siffran spetsade till en ny ytterlighet på 500, 000, nästan en fördubbling av det tidigare högsta betyget. Bara tre år efter det, den toppade vid cirka 800, 000 fiskar.

Batt valde att fokusera på "booms not busts" eftersom det var mer intressant och lite kontraintuitivt. "Vi ser alltid på biologin som att behöva hantera extrema händelser i miljön, som att det var en värmebölja och ett gäng fiskar dog eller om det var en köldknäpp och ett gäng fiskar dog, " säger han. "Vi tenderar att alltid tänka på miljön som har extremer som är dödliga. Det jag ville veta är, vad är möjligt utöver vad jag kan föreställa mig?"

För att säga att svaret förvånade kanske forskarna uttrycker det för milt.

Att se sådana extremer i sjöarnas fysiska och kemiska data kräver att man väntar länge och samlar in mängder av data innan nya rekord sätts, och de skivorna var vanligtvis inte särskilt chockerande. Med biologiska data, Carpenter säger att forskare inte behövde vänta särskilt länge, och vad de observerade fick dem att tänka:"'Wow, det är mer gul abborre än vi någonsin sett förut. Med mycket, " han lägger till.

I rapporten författarna föreslår en mekanism som kan driva detta fenomen. Kanske, de föreslår, organismer är beredda att dra fördel av goda förhållanden, förstärker saker som optimala temperaturer eller en ökning av tillgängliga näringsämnen. År med mindre extrema stötar i miljöförhållanden kan motsvara en aldrig tidigare skådad boom i fisk- eller algpopulationer, även om forskarna ännu inte har testat detta.

Om så är fallet, säger snickaren, det föreslår att ekologer borde tänka mer på de ekologiska orsakerna till extremer medan resursförvaltare borde "förvänta sig extremer i biologin kanske mer än vad vår intuition skulle få oss att tro."

Faktiskt, eftersom mänsklig aktivitet påverkar alla möjliga miljövariabler, från klimatförändringar, till förlust av livsmiljöer, till näringsföroreningar, vi bör förbereda oss på stor variation i vad dessa förändringar betyder för de växter och djur som kallar dessa ekosystem hem, säger forskarna. Dock, med den typ av variation som studien avslöjade, Snickaren säger, det blir svårt att avgöra vilka "normala" befolkningsnivåer och gränser kan vara.

"Vi måste vara beredda på att se nya rekord, säger Carpenter.