《生态系统的重建与复杂系统的形成:从混沌到有序》

在探索自然界的奥秘时,我们发现许多确定系统对初始条件极其敏感——一个小小的不同就会造成它的混乱 😱。而这种生态系统的稳定性似乎与混沌理论相对立。然而,当我们从完全的随机性入手,却会看到一些有趣的现象,这些现象如同魔法一般,将看似杂乱无章的东西聚合成某种更有条理性的东西,这远远超出了按常理所能解释的范畴,这就是所谓的“反混沌”🧐。

一、皮姆的研究:计算机模拟中的生态系统

为了补充他们在试管内的研究,皮姆还设立了计算机模拟试验——在计算机里构建简化的生态模型。他用代码编写了需要其他特定物种的存在才能生存下来的人造“物种”,并设定了弱肉强食的链条:如果物种B的数量达到一定密度,就能灭绝物种A. 这就像是在微观世界里建立了一个残酷的生存竞争环境,每个物种都在这个巨大的分布式网络中与其他物种有松散的关联。通过成千上万种随机组合的运行,皮姆得到了系统能够稳定下来的频度。所谓稳定,即指在小扰动下,如引入或移除个别物种,不会破坏整体的稳定性。这种稳定性的探索就像是在探寻一个微妙的平衡点,一旦找到,就如同在风雨飘摇的大海中找到了一座稳固的小岛🏠。

皮姆的计算机模型显示:“当混合体中有10至20种成分时,其峰值(或者说稳定点)可能有十几到上百个。假如你重演一遍生命的进程,会达到不同的峰值。”换句话说,投放了同样的一些物种后,初始的无序状态会朝向十几个终点。而改变哪怕是一个物种的投入顺序,都足以使系统由一个结果变成另一个。这就表明系统对初始条件是极其敏感的,但通常都会转为有序状态。就像一场精心编排的舞蹈,舞者的每一个动作顺序和起始位置都会影响最终呈现的效果💃。

皮姆把帕卡德还原伊利诺伊大草原(或者应该说是稀树大草原)的工作看成是对他的发现的佐证。帕卡德第一次试图组合那个群落的时候失败了,这是因为他在获取所需物种以及清除不想要的物种方面遇到了诸多困难。然而,一旦引进了那些古怪却合适的物种,离恒定状态就相当接近了,所以它能容易地达到那个状态,并可能一直保持下去。这就如同拼图游戏,只有找到正确的那一块,整个画面才会逐渐清晰起来🧩。

皮姆和德雷克发现了一个原则,这对任何关注环境以及对创建复杂系统感兴趣的人来说都是重要的经验。“要想得到一块湿地,不能只是灌入大量的水就指望万事大吉了。”因为所面对的是一个已经历经了千万年的系统。仅仅开列一份丰富多样的物种清单也是不够的,还必须有组合指南。这就强调了在构建复杂系统时,不仅仅是简单的元素堆砌,还需要深入理解各个元素之间的相互关系和作用机制📚。

二、温盖特的百慕大生态修复之旅

史蒂夫·帕克德致力于延续真正的北美草原栖息地,在此过程中复活了一个已经消逝了的生态系统,也许还得到了一个稀树大草原的合成指南。而在大洋彼岸的百慕大群岛,戴维·温盖特也进行着一项伟大的生态修复工作。

百慕大的故事充满了挑战与希望。曾经,这个岛屿受到病态的、无规划的人工生态系统的蹂躏。第二次世界大战结束时,住房开发商、外来害虫彻底侵占了百慕大群岛,当地植物被进口的花园物种所毁灭。直到1951年,在该群岛外岛的悬崖上发现了百慕大圆尾鹱——一种海鸥大小的海鸟,这一发现震惊了当地居民和全球科学界,因为它被认为已经灭绝几个世纪了。这一发现就像黑暗中的一丝曙光,给人们带来了重新审视和修复这片土地的希望🌟。

温盖特从小就对鸟类充满狂热的兴趣。当他参与到尝试在楠萨奇无人居住的小岛重新安置圆尾鹱的行动中时,他就深知如果不还原这里的整个生态系统,就不可能恢复圆尾鹱的兴旺。楠萨奇原本覆盖着茂密的香柏树林,但在短短几年间被引入的害虫毁掉了,只剩下巨大的白色树干。取而代之的是许多外来植物。温盖特面临着所有整体系统制造者都会面临的难题:从何入手?事事都要求其他的条件万事俱备,但又不可能一下子把整个东西拎起来舞弄。有些事必须先做,而且要按正确的顺序去做。

通过对圆尾鹱的研究,温盖特发现它们的地下筑巢地点因无计划的城市扩张而减少,之后又有热带白尾鸟前来抢夺仅存的合适地点。严峻的形势促使他采取严厉措施,为圆尾鹱制定了“政府安居计划”,制作人工巢穴。同时,由于需要森林,他又种植了8000棵香柏,希望能有一些抵抗得住枯萎病。虽然有些香柏确实顶住了病害的侵袭,但却又被风扼杀了。于是,温盖特又种了一种辅助物种——生长迅速、非本地生的常青植物木麻黄——作为环岛防风林。随着时间的推移,木麻黄迅速长大,使香柏得以慢慢生长,几年过后,更适应环境的香柏取代了木麻黄。补种的森林为夜鹭创造了完美的家,夜鹭吞食陆地蟹,从而使稀少的百慕大莎草有了生长的机会。这一系列连锁反应就像是多米诺骨牌,每一步的成功推动着下一步的发展,最终逐步恢复了百慕大的生态系统

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