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第四章 組裝複雜性 4.3 通往穩定生態系統的隨機路線

第四章 組裝複雜性

4.3 通往穩定生態系統的隨機路線

為了補充他們在試管內的研究,皮姆還設立了計算機模擬試驗——在計算機里構建簡化的生態模型。他用代碼編寫了需要其它特定物種的存在才能生存下來的人造「物種」,並設定了弱肉強食的鏈條:如果物種B的數量達到一定密度,就能滅絕物種A。(皮姆的隨機生態模型與斯圖亞特·考夫曼的隨機遺傳網路系統相似。見第二十章)。每個物種都在一個巨大的分散式網路中與其它物種有鬆散的關聯。對同一物種列表的成千上萬種隨機組合進行了運行后,皮姆得到了系統能夠穩定下來的頻度。所謂穩定,即指在小擾動下,如引入或移除個別物種,不會破壞整體的穩定性。皮姆的結果與其瓶裝微觀生物世界的結果是相呼應的。
九*九*藏*書按皮姆的說法,計算機模型顯示,「當混合體中有10至20種成分時,其峰值(或者說穩定點)可能有十幾到上百個。假如你重演一遍生命的進程,會達到不同的峰值。」換句話說,投放了同樣的一些物種后,初始的無序狀態會朝向十幾個終點。而改變哪怕是一個物種的投入順序,都足以使系統由一個結果變成另一個。系統對初始條件是敏感的,但通常都會轉為有序狀態。
如果你不介意獲得的系統是什麼樣子,那麼要獲得一個穩定的生態系統是很容易的。這很令人吃驚。皮姆說:「我們從混沌理論中得知,許多確定系統都對初始條件極其敏感——一個小小的不同就會造成它的混亂。而這種生態系統的穩定性與混沌理論相對立。從完全的隨機性入手,你會看到這些東西聚合成某種更有條理性的東西,遠非按常理所能解釋的。這就是反混沌。」
皮姆和德雷克發現了一個原則,它對任何關注環境以及對創建複雜系統感興趣的人都是重要的經驗。「要想九-九-藏-書得到一塊濕地,不能只是灌入大量的水就指望萬事大吉了。」皮姆告訴我,「你所面對的是一個已經歷經了千萬年的系統。僅僅開列一份豐富多樣的物種清單也是不夠的。你還必須有組合指南。」
起初,人們也不是很清楚是否會容易地得到一個穩定的系統。皮姆曾以為,隨機生成的生態系統可能會「永無休止地徘徊,由一種狀態轉為另一種狀態,再轉回頭來,永遠都不會到達一個恆定狀態。」然而,人造生態系統並沒有徘徊。相反,令人驚訝的是,皮姆發現了「各種奇妙的現象。比如說,這些隨機的生態系統絕對沒有穩定方面的麻煩。它們最共同的特徵就是它們都能達到某種恆定狀態,而且通常每個系統都有其獨有的恆定狀態。」
皮姆把帕卡德還原伊利諾斯大草原(或者應該說是稀樹大草原)的工作看成是對他的發現的佐證:「帕卡德第一次試圖組合那個群落的時候失敗了,從某種意義上說,是由於他得不到所需的物種,而在清除不想要的物種時又遇到很多麻煩。一https://read.99csw•com旦引進了那些古怪但卻合適的物種,則離恆定狀態就相當接近了,所以它能容易地達到那個狀態,並可能一直保持下去。」
田納西州立大學生態學家斯圖亞特·皮姆將各種次序——如經典的刀耕火種——與自然界上演了無數次的次序作了比較。「從進化的意義上來說,參与遊戲的選手們知道先後的順序是什麼。」進化不僅發展了群落的機能,而且還對群落的形成過程進行了細調,直到群落最終能夠成為一個整體。還原生態系統群落則是逆向而行。「當我們試圖還原一塊草原或一塊濕地的時候,我們是在沿著該群落未曾實踐過的道路前行,」皮姆說。我們的起點是一箇舊農場,而https://read.99csw.com大自然的起點則可能是一個萬年前的冰原。皮姆自問道:我們能通過隨機加入物種,組合出一個穩定的生態系統嗎?要知道,人類還原生態系統的方式恰恰帶有很強的隨機性。
在田納西州立大學的實驗室里,生態學家皮姆和吉姆·德雷克一直在以不同的隨機次序組合微生態系統的元素,以揭示次序的重要性。他們的微觀世界是個縮影。他們從15至40種不同的單一水藻植株和微生物入手,依次把這些物種以不同的組合形式及先後次序放入一個大燒瓶。10到15天之後,如果一切進展順利,這個水生物的混合體就會形成穩定的、自繁殖的泥地生態——一種很特別的、各物種相互依存的混合體。另外,德雷克還在水族箱里和流水中分別建立了人工生態。將它們混在一起后,讓其自然運行,直到穩定下來。「你看read•99csw.com看這些群落,普通人也能看出它們的不同,」皮姆評論道。「有些是綠色的,有些是棕色的,有些是白色的。有趣的是沒辦法預先知道某種特定的物種組合會如何發展。如同大多數的複雜系統一樣,必須先把它們建立起來,在運行中才能發現其秘密。」
不過,其中仍有機巧。隨著事情的進展,帕卡德注意到物種加入的次序很有關係。他獲悉其他生態學家發現了同樣的情況。利奧波德的一位同事發現,通過在雜草叢生的土地,而不是像利奧波德那樣在新開墾的土地上播種北美草原的種子,能夠獲得更接近真實的北美草原。利奧波德曾經擔心爭強好勝的雜草會扼殺野花,但是,雜草叢生的土地比耕種過的土地更像北美大草原。在雜草叢生的陳年地塊上,有一些雜草是後來者,而它們中有些又是大草原的成員。它們的提早到來能加速向草原系統的轉變。而在耕耘過的祼地上,迅速抽芽的雜草極具侵略性,那些有益的「後來者們」加入這個集體的時間過晚。這好比在蓋房子時先灌注了水泥地基,然後鋼筋才到。因而,次序很重要。