自然之流变：均衡即死亡与多样性的起源 2025-01-02 作者 C3P00 一、自然中的动态平衡 （一）生态系统如同拼贴画 在旧金山唐人街的中秋佳节，华侨们沉浸在传统文化氛围中。而我家附近的加利福尼亚崎岖海岸，呈现出一种独特的生态景观。这里的地形和气候共同作用，形成了像拼贴画一样的风景。 黑麦草高及胸口，在风中摇曳生姿。这片土地上的水资源主要依靠海洋雾气来输送。雾气不像雨水那样广施恩泽，它只能在有限范围内活动，依赖微弱的空气对流到达容易到达的地方，并滞留在丘陵间的凹陷处。这种现象使得不同区域的水分分布不均，进而影响到植被的生长。例如，朝南向阳的山丘由于蒸发作用会失去较多的水分，而阴面的北部斜坡则能较好地保持水分。某些土壤类型也更擅长保水。这些因素叠加起来，造成了许多小片的动植物栖息地。 以我家屋后的小山为例，它有着三块截然不同的植被群落。一面斜坡上是匍匐的草地群落，这里居住着老鼠、猫头鹰、蓟和罂粟等生物，一直延伸到海边。小山顶上则是粗桧林和柏树把持的群丛，其中生活着鹿、狐狸和青苔等生物。而在另一边的高地上，浓密的毒葛和常绿灌木丛隐藏着鹌鹑等生物。 这些“小联邦”之间保持着动态的平衡，它们相互间自我维持的姿态持续保持着将跌未跌的状态，就像春天溪流中的驻波。当大量的自然界生物互相推搡着拥进共同进化的怀抱之时，在不均衡的地貌和气候环境中，它们的相互作用令彼此无法聚集，于是成为一片片隔离的斑块。这些斑块的位置也会随着时间改变而游移。 （二）变化的重要性 风和春季洪水侵蚀着土壤，暴露出地下土层，新组成的腐殖质和矿物成分初露地表。土壤混合物上下搅动翻身的同时，与之息息相关的动植物也混杂着搅动变迁。巨树仙人掌丛林可以在短短不到100年之内迁进或迁出西南部的小块沙漠地带。如果用延时拍摄并以普通转速放映的话，会发现其蔓延过程就像水银泻地。不仅仅是仙人掌树丛，中西部稀树大草原的野花绕着橡树丛漫溢上来，有时将树丛淹没在茫茫草原里；有时，山火过后，花草的潮水又会退却，复现扩散膨胀的橡树林。 生态学家丹·鲍肯曾描述森林“和着气候变换的节拍缓缓地穿行于地貌之中”。托尼·博格斯更是断言“如果没有变化，沙漠就会退化”，他强调“均衡即死亡”。这是因为多变的降雨量使每个物种略微脱离平衡态，如果降雨量变幻多端，那么物种的混合群落就会增加两到三个数量级。反之，如果相对于每年的气温循环周期，降雨量保持不变的话，美丽的沙漠生态将几乎总是向着单一乏味溃缩。 在20世纪70年代中期之前，人们普遍认为生物群落正趋向不变的均衡，形成顶极群落。但随着计算机技术的发展，为非平衡和非线性方程编程求解变得轻松，学者们提出了上千种非均衡态模型。现在，研究混沌非线性数学、微分方程和复杂性理论等有助于改变旧有观念：大自然和经济活动都会收敛到平衡稳态。流动即常态这个新观点重新阐述了历史数据。博格斯能够展示沙漠的老照片，表明巨树仙人掌丛林的生态地块在几十年内正在图森盆地内漂移。他还指出，即使在没有降雨量变化的生态系统，比如热带雨林，由于周期性的暴风雨和倒折的树木，也存在这种斑块生态动力系统。 然而，自然界对扰动和变化的依赖对于人类利用生态系统获取资源来说是个挑战。如果作物（包括蔬菜、种子或肉）的收成年复一年差异很大，这对自然而言增加了丰富性，但对于依赖该系统的农民来说，他们不得不将系统简化成农业——根据变化的环境提供固定的产品。博格斯希望沙漠的变迁能教会我们如何不用简化系统就能和变化的环境共处。虽然目前还没有成熟的模式，但这并非完全不可能实现的梦想。 二、稳定性和多样性的关系 （一）关于稳定性来源的研究 如果说自然是建立在恒久流变的基础之上，那么不稳定性可能就是引起自然界生物类型丰富多彩的原因。传统的环境主义格言认为稳定性产生多样性，多样性又带来稳定性。但如果自然的系统的确并不趋向精致的平衡，我们就应该习惯于和不稳定打交道。 在20世纪60年代后期，生物学家借助计算机开始建立动态生态系统和食物链网络模型，试图探究稳定性来自于何方。加德纳和艾希比在1970年的研究中发现，如果增加关联度至超过某一临界值，系统从外界扰动中回复的能力就会突然降低。换句话说，复杂的系统更有可能不稳定。罗伯特·梅也在次年公布了类似的结论，他提醒大家不要简单地认为增加物种混合的复杂性就能带来稳定性。相反，模拟生态学认为，简单性和复杂性对稳定性的影响，并不如物种间相互作用的模式来得大。 斯图亚特·皮姆和他的同事回顾了所有对野外食物链网进行的实地测量，得出的结论是，“生物种群从灾难中恢复的比率……取决于食物链长度”和一个物种所对应的被掠食者和掠食者数量。西班牙生态学家罗蒙·马格列夫观察到，由许多成员组成的系统成员彼此之间的联系会很弱，而成员很少的系统其成员彼此间的联系会很紧密。这表明在构建稳定的生态系统方面，物种间的作用模式至关重要。 （二）获得稳定性的艰难之路 早期的研究发现，简单的模型往往不能很好地模拟现实生态系统。当生态学家建立起更复杂的系统时，以为这样会更好，但实际上却更加困难。因为参数必须正好合适才能避免崩溃。只有经过大量反复的失败尝试，才有可能让复杂的系统走上正轨，获得稳定持续的状态。 例如，当不断增加物种到系统中时，系统往往会不断崩溃。但是，经过多次这样的尝试之后，物种最终可能会混合在一起，不再崩溃，从而形成具有自然秩序的生态系统。这一过程说明了构建稳定复杂系统的难度，同时也暗示着自然界生态系统演化的复杂性和不确定性。 总之，自然界的生态系统是一个充满变化、动态平衡且复杂的关系网络。我们对于它的理解还处于不断探索的过程中，但通过对稳定性和多样性关系的研究，我们可以更好地认识自然的运作规律，从而为保护生态环境提供更有价值的参考。
一、自然中的动态平衡
（一）生态系统如同拼贴画
在旧金山唐人街的中秋佳节，华侨们沉浸在传统文化氛围中。而我家附近的加利福尼亚崎岖海岸，呈现出一种独特的生态景观。这里的地形和气候共同作用，形成了像拼贴画一样的风景。
黑麦草高及胸口，在风中摇曳生姿。这片土地上的水资源主要依靠海洋雾气来输送。雾气不像雨水那样广施恩泽，它只能在有限范围内活动，依赖微弱的空气对流到达容易到达的地方，并滞留在丘陵间的凹陷处。这种现象使得不同区域的水分分布不均，进而影响到植被的生长。例如，朝南向阳的山丘由于蒸发作用会失去较多的水分，而阴面的北部斜坡则能较好地保持水分。某些土壤类型也更擅长保水。这些因素叠加起来，造成了许多小片的动植物栖息地。
以我家屋后的小山为例，它有着三块截然不同的植被群落。一面斜坡上是匍匐的草地群落，这里居住着老鼠、猫头鹰、蓟和罂粟等生物，一直延伸到海边。小山顶上则是粗桧林和柏树把持的群丛，其中生活着鹿、狐狸和青苔等生物。而在另一边的高地上，浓密的毒葛和常绿灌木丛隐藏着鹌鹑等生物。
这些“小联邦”之间保持着动态的平衡，它们相互间自我维持的姿态持续保持着将跌未跌的状态，就像春天溪流中的驻波。当大量的自然界生物互相推搡着拥进共同进化的怀抱之时，在不均衡的地貌和气候环境中，它们的相互作用令彼此无法聚集，于是成为一片片隔离的斑块。这些斑块的位置也会随着时间改变而游移。
（二）变化的重要性
风和春季洪水侵蚀着土壤，暴露出地下土层，新组成的腐殖质和矿物成分初露地表。土壤混合物上下搅动翻身的同时，与之息息相关的动植物也混杂着搅动变迁。巨树仙人掌丛林可以在短短不到100年之内迁进或迁出西南部的小块沙漠地带。如果用延时拍摄并以普通转速放映的话，会发现其蔓延过程就像水银泻地。不仅仅是仙人掌树丛，中西部稀树大草原的野花绕着橡树丛漫溢上来，有时将树丛淹没在茫茫草原里；有时，山火过后，花草的潮水又会退却，复现扩散膨胀的橡树林。
生态学家丹·鲍肯曾描述森林“和着气候变换的节拍缓缓地穿行于地貌之中”。托尼·博格斯更是断言“如果没有变化，沙漠就会退化”，他强调“均衡即死亡”。这是因为多变的降雨量使每个物种略微脱离平衡态，如果降雨量变幻多端，那么物种的混合群落就会增加两到三个数量级。反之，如果相对于每年的气温循环周期，降雨量保持不变的话，美丽的沙漠生态将几乎总是向着单一乏味溃缩。
在20世纪70年代中期之前，人们普遍认为生物群落正趋向不变的均衡，形成顶极群落。但随着计算机技术的发展，为非平衡和非线性方程编程求解变得轻松，学者们提出了上千种非均衡态模型。现在，研究混沌非线性数学、微分方程和复杂性理论等有助于改变旧有观念：大自然和经济活动都会收敛到平衡稳态。流动即常态这个新观点重新阐述了历史数据。博格斯能够展示沙漠的老照片，表明巨树仙人掌丛林的生态地块在几十年内正在图森盆地内漂移。他还指出，即使在没有降雨量变化的生态系统，比如热带雨林，由于周期性的暴风雨和倒折的树木，也存在这种斑块生态动力系统。
然而，自然界对扰动和变化的依赖对于人类利用生态系统获取资源来说是个挑战。如果作物（包括蔬菜、种子或肉）的收成年复一年差异很大，这对自然而言增加了丰富性，但对于依赖该系统的农民来说，他们不得不将系统简化成农业——根据变化的环境提供固定的产品。博格斯希望沙漠的变迁能教会我们如何不用简化系统就能和变化的环境共处。虽然目前还没有成熟的模式，但这并非完全不可能实现的梦想。
二、稳定性和多样性的关系
（一）关于稳定性来源的研究
如果说自然是建立在恒久流变的基础之上，那么不稳定性可能就是引起自然界生物类型丰富多彩的原因。传统的环境主义格言认为稳定性产生多样性，多样性又带来稳定性。但如果自然的系统的确并不趋向精致的平衡，我们就应该习惯于和不稳定打交道。
在20世纪60年代后期，生物学家借助计算机开始建立动态生态系统和食物链网络模型，试图探究稳定性来自于何方。加德纳和艾希比在1970年的研究中发现，如果增加关联度至超过某一临界值，系统从外界扰动中回复的能力就会突然降低。换句话说，复杂的系统更有可能不稳定。罗伯特·梅也在次年公布了类似的结论，他提醒大家不要简单地认为增加物种混合的复杂性就能带来稳定性。相反，模拟生态学认为，简单性和复杂性对稳定性的影响，并不如物种间相互作用的模式来得大。
斯图亚特·皮姆和他的同事回顾了所有对野外食物链网进行的实地测量，得出的结论是，“生物种群从灾难中恢复的比率……取决于食物链长度”和一个物种所对应的被掠食者和掠食者数量。西班牙生态学家罗蒙·马格列夫观察到，由许多成员组成的系统成员彼此之间的联系会很弱，而成员很少的系统其成员彼此间的联系会很紧密。这表明在构建稳定的生态系统方面，物种间的作用模式至关重要。
（二）获得稳定性的艰难之路
早期的研究发现，简单的模型往往不能很好地模拟现实生态系统。当生态学家建立起更复杂的系统时，以为这样会更好，但实际上却更加困难。因为参数必须正好合适才能避免崩溃。只有经过大量反复的失败尝试，才有可能让复杂的系统走上正轨，获得稳定持续的状态。
例如，当不断增加物种到系统中时，系统往往会不断崩溃。但是，经过多次这样的尝试之后，物种最终可能会混合在一起，不再崩溃，从而形成具有自然秩序的生态系统。这一过程说明了构建稳定复杂系统的难度，同时也暗示着自然界生态系统演化的复杂性和不确定性。
总之，自然界的生态系统是一个充满变化、动态平衡且复杂的关系网络。我们对于它的理解还处于不断探索的过程中，但通过对稳定性和多样性关系的研究，我们可以更好地认识自然的运作规律，从而为保护生态环境提供更有价值的参考。