生態(tài)學四大法則--翻譯.doc

Four Laws of Ecology生態(tài)學四法則 這是一門年輕的科學，它所教的很多內(nèi)容都是從地球上的整個生命之網(wǎng)的小環(huán)節(jié)上所得到的。生態(tài)學還沒有明確發(fā)展為一種結(jié)構(gòu)嚴密的、或者說是由物理學的規(guī)律檢驗過的簡化了的概括原則。不過，仍然有很多法則對我們現(xiàn)在所認識的生態(tài)圈已經(jīng)是很明顯的了，它們可以組成一種通俗的“生態(tài)學法則”。這就是下面所要論述的。 生態(tài)學的第一條法則： 每一種事物都與別的事物相關(guān)。 產(chǎn)生這個結(jié)論的某些論據(jù)已經(jīng)討論過了。它反映了生物圈中精密內(nèi)部聯(lián)系網(wǎng)絡的存在：在不同的生物組織中，在群落、種群和個體有機物以及它們的物理化學環(huán)境之間。 一個生態(tài)系統(tǒng)包括多重的內(nèi)部相聯(lián)的部分，它們相互影響著，單就這一個事實就有著某些令人驚異的結(jié)果。我們描述這種系統(tǒng)行為的能力由于控制論的發(fā)展而獲得很大的幫助，這個控制論的發(fā)展甚至比生態(tài)學還要更年輕。我們把這個基本概念以及這個詞本身，都歸功于已故的諾伯特維納的創(chuàng)造性的思想。 “控制論”（cybernetics）是從希臘詞“舵手”的意思中產(chǎn)生出來的，它涉及到掌握或控制一個系統(tǒng)的行動的各種過程的循環(huán)。舵手是一個系統(tǒng)的一部分，這個系統(tǒng)還包括著羅盤、船舵及船。如果船偏離了羅盤所指示的方向，這個變化就會在羅盤針的活動上顯示出來。當舵手觀察到這種變化，并分析了情況后，這個過程就決定了后來的結(jié)果：舵手轉(zhuǎn)動船舵，船舵使船拐回原來的航向。這時，羅盤針也就轉(zhuǎn)回到原來的已定的航向位置上，這個循環(huán)周期也就完成了。如果羅盤針只是稍稍偏離了，而舵手把舵又轉(zhuǎn)得太遠，船的過分擺動也會在羅盤上顯示出來它通過相反的活動來提醒舵手去糾正它的過火的行動。這樣，這個周期的運轉(zhuǎn)就使船的行進過程處在穩(wěn)定的狀態(tài)中。 按照一種非常相似的方式，穩(wěn)定的控制論的各種關(guān)系也就構(gòu)成為一種生態(tài)上的循環(huán)。例如，研究一下淡水的生態(tài)循環(huán)：魚有機排瀉物可致腐爛的細菌無機物藻類 魚。假設由于一個異常的溫暖的夏季天氣，藻類得以迅速生長。它消耗了無機營養(yǎng)物，結(jié)果這個循環(huán)中的兩個部分 藻和無機營養(yǎng)都超出了平衡，而向相反的方向發(fā)展。這時，生態(tài)循環(huán)的運轉(zhuǎn)，就像船的運行一樣，很快會將這種形勢帶回到平衡的狀態(tài)，因為過多的藻類使魚更容易獲得食物，這就又減少了藻類的數(shù)量，而增加了魚糞，最后則導致營養(yǎng)水平的不斷增長，這時魚糞就腐爛了。這樣一來，藻類和營養(yǎng)物的水平又向它們原先平衡的位置上回轉(zhuǎn)。 在這樣的控制論系統(tǒng)里，整個過程并非是通過嚴格的控制維持的，它是很靈活的。船在它的航線上運行并非總是穩(wěn)定不變的，不過它最終還是要在它搖擺于真實的航線的起伏不停的運動中遵循總的方向。這些搖擺的頻率是以其循環(huán)中的各個步驟中的相對速度所決定的，如船在船舵轉(zhuǎn)動時所做出的反應時的速度。 生態(tài)系統(tǒng)也現(xiàn)出類似的循環(huán)，盡管這些循環(huán)受到多種多樣的天氣和環(huán)境的各種媒介的日?；蚣竟?jié)的影響，而常常是不太明顯的。這類生態(tài)學上的擺動的最為明顯的例子是毛皮動物種群大小的階段式的變化。例如，在加拿大的動物捕獵史上，兔子和山貓的種群是以十年為一轉(zhuǎn)折的。當兔子很多時，山貓的繁殖也很快，山貓種群的增大越來越多地影響到兔子的種群，使它減少下來；當兔子變得稀少時，也就沒有足夠的食物維持大量的山貓了；當山貓開始死去時，兔子所受的威脅也就較少些，于是數(shù)量開始增加。如此循環(huán)往復。這些變化成為簡單循環(huán)的組成部分，在這種循環(huán)中，山貓種群無疑是與兔子種群有關(guān)，而兔子種群也反過來與山貓種群有關(guān)。 在這種擺動系統(tǒng)中總存在著一種危險，即整個系統(tǒng)在這種擺動中的輻度超出于平衡點，以致這個系統(tǒng)不能再恢復它的正常水準時，整個系統(tǒng)就將崩潰。例如，假定在兔子山貓循環(huán)周期的一部分擺動中，山貓設法吃掉了所有的兔子（或者就只剩了一只了），這樣，兔子的種群就不可能再繁殖了。在正常的情況下，當兔子被吃掉時，山貓就要開始挨餓，但這一次，山貓種群減少之后是再不會有兔子數(shù)量的增加了。結(jié)果，山貓就要死去。整個兔子山貓的體系也就崩潰了。 這與伴隨著生態(tài)上的崩潰的那種被稱為“富營養(yǎng)”的情況是相同的。如果水中的養(yǎng)分變得高到足以刺激水藻的迅速生長，稠密的水藻群體就會因為自身光合作用效力的限制，而不能被長久地維持下來。隨著水中水藻群厚度的增加，光合作用所需要的、能夠達到水藻群低部的光則急劇消失，結(jié)果，任何茁壯的、過分生長的水藻都會很快死去，同時留下有機殘骸。這樣，有機物質(zhì)的含量就會變得那樣大，以致它的降解完全消耗了水中所含的氧。于是腐生細菌死去，因為它們必須有氧才能生存。整個水生循環(huán)崩潰了。 控制系統(tǒng)的能動行為，例如它的天然搖擺的經(jīng)常性，隨著外部變化而變化的速度，以及它的總的效率，都是依其各個步驟的相對速度而變化的。在船的體系中，羅盤針是在一秒鐘的范圍內(nèi)擺動的，舵手則要花費幾秒鐘來做出反應，船則要在數(shù)分鐘的時間內(nèi)才能做出相應的擺動。這些不同的反應時間相互作用，產(chǎn)生了船總是要有以它的航線為中心的特有的擺動。 在水生生態(tài)系統(tǒng)中，生物上的每一個步驟也都有一個特有的反應時間，它以存于其內(nèi)的有機物的新陳代謝和再生速度為依據(jù)。產(chǎn)生新一代的魚的時間可能是幾個月，產(chǎn)生新一代水藻的時間則可能是一天的事，而引起腐爛的細菌的再生則可能只在幾小時內(nèi)。這些有機物的新陳代謝的效率是1，水藻的比率就大約是100，而細菌大約是1萬。 如果整個循環(huán)系統(tǒng)要保持平衡，那總的周轉(zhuǎn)率就必然由最慢的一個步驟來控制，如魚的生長和新陳代謝。任何外部的迫使這個循環(huán)中的一部分運轉(zhuǎn)得比總的效率還要快的影響，都會產(chǎn)生麻煩。例如，魚排瀉廢物的效率決定著細菌引起腐爛的效率，而氧的消耗率又以腐爛率為準。在平衡狀態(tài)中，由水藻提供的和來自空氣的充足的氧供給能產(chǎn)生腐生細菌。假定有機廢物進入這個周期循環(huán)的速度人為地增大了，例如有污水倒入水中，這時所提供的腐生細菌就由于有機廢物而大大高于正常水平，于是，由于它們急速的新陳代謝，而能夠在增加了的大量有機物質(zhì)上迅速地發(fā)生作用。結(jié)果，腐生細菌對氧的消耗率就會超過藻類的氧產(chǎn)生率（從空氣中進入的氧的速率），從而使氧的水平減至零，這個系統(tǒng)也就崩潰了。所以，循環(huán)周期的各個不同過程的效率是處在一種自然的平衡狀態(tài)中的，這種平衡狀態(tài)只有在沒有外部加在這個系統(tǒng)上的干擾時才能維持下來。當這樣一種影響來自循環(huán)以外時，它就不再由循環(huán)關(guān)系中的自我調(diào)節(jié)所控制了，從而也就成為對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性的一種威脅。 各種生態(tài)系統(tǒng)在它們的快慢差率的特點上顯然是不同的，因此在自然改變了的環(huán)境或者趨向崩潰點的速度也是千差萬別的。例如，水生生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換要比土壤生態(tài)系統(tǒng)快得多。所以，一英畝種群豐饒的海域，或者一英畝魚池每年所產(chǎn)生的有機物質(zhì)要比一英畝苜蓿多7倍。土壤的循環(huán)轉(zhuǎn)換之所以慢，是因為它的轉(zhuǎn)換步驟中有一步非常慢即從土壤的有機物貯存中釋放營養(yǎng)物的那一步這一步，比在水生生態(tài)系統(tǒng)相應的那一步慢得多。 一個生態(tài)系統(tǒng)在它被驅(qū)向崩潰前所能承受的壓力的量，也是它的各種內(nèi)在聯(lián)系和它們反應的相應的速度的結(jié)果。生態(tài)系統(tǒng)越復雜，它對其所承受的壓力的抵抗就越有效。例如，在兔子山貓系統(tǒng)中，如果山貓有一種可以選擇的食物來源，它們就有可能在兔子的突然枯竭中幸存。從這個角度上說，建立別的支路上的分支增加了一個生態(tài)系統(tǒng)對壓力的承受能力。大部分生態(tài)系統(tǒng)都是那么復雜，以致它們的循環(huán)都不是在簡單的圓圈內(nèi)進行的，而是由許多分支交叉起來形成了一個網(wǎng)絡，或者是內(nèi)部相互聯(lián)系的結(jié)構(gòu)。就如同一張網(wǎng)一樣，網(wǎng)中的每個結(jié)都是通過幾股線與其他線結(jié)聯(lián)在一起的，這種結(jié)構(gòu)比無分支的線圈，在抵抗瓦解的能力上要強得多。環(huán)境污染常常是一個訊號，即一個生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系被切斷了，或者是這個生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)被人為地簡化了，并且因此而變得難以承受壓力和抵御最終的崩潰。 生態(tài)系統(tǒng)的各個反饋特性會引起極其重大的擴大和強化過程。例如，在食物鏈中，小魚吃蝦米，大魚又吃小魚的這種事實，不可避免地要在食物鏈的頂端的最大的有機體內(nèi)產(chǎn)生一定的各種環(huán)境因素的聚集。較小的有機體在新陳代謝率上總是比較大的有機體顯得高得多，這樣，它們的那些與攝入機體中去的被氧化了的食物的量也要更大一些。所以，一種在食物鏈頂端中的動物是靠消費大量位于食物鏈中較低處的有機物體來生存的。從而任何在食物鏈中較低級的有機物質(zhì)中出現(xiàn)的新陳代謝物質(zhì)，都將濃集在頂端的有機物體之中。所以，如果滴滴涕（這是一種不能很快被新陳代謝的物質(zhì)）在土壤中的濃度是1 個單位，它在土壤中生活的蚯蚓體內(nèi)就會達到10-40個單位，而在吃蚯蚓的山鷸體內(nèi)，滴滴涕的濃度就會達到200個單位的程度。 這一切都是由于生態(tài)系統(tǒng)的一個簡單的事實所引起的 每個事物都是與別的事物相聯(lián)系的，這個體系是因其活動的自我補償?shù)奶匦远囈苑€(wěn)定的；這些相同的特性，如果超過了負荷，就可能導致急劇的崩潰；生物網(wǎng)絡的復雜性和它自身的周轉(zhuǎn)率決定著它所能承受的負荷大小以及時間的長短，否則就要崩潰；生態(tài)網(wǎng)是一個擴大器，結(jié)果，在一個地方出現(xiàn)的小小混亂就可能產(chǎn)生巨大的、波及很遠的、延緩很久的影響。 生態(tài)學的第二個法則：一切事物都必然要有其去向。 當然，這僅僅是對一個物理學的基本法則物質(zhì)不滅定律的有點通俗的重述。把它運用到生態(tài)學上，這個法則所強調(diào)的則是，在自然界中是無所謂“廢物”這種東西的。在每個自然系統(tǒng)中，由一種有機物所排瀉出來的被當做廢物的那種東西都會被另一種有機物當做食物而吸收。動物所排出的二氧化碳是一種呼吸的廢物，這正是綠色植物所需要的一種基本營養(yǎng)。植物排出氧，氧則被動物所利用。動物的有機糞便滋養(yǎng)著可引起腐爛的細菌。它們的廢物，如硝酸鹽、磷酸鹽和二氧化碳這樣一些無機物，則成了藻類的營養(yǎng)物。 不斷地探究“向何處去”的問題，可以得出很多關(guān)于一個生態(tài)系統(tǒng)的令人驚訝的有價值的資料。例如，試想一種含水銀的家用物品的結(jié)局一個只是最近才被人看到的影響環(huán)境的客觀事實。買來一節(jié)含水銀的干電池，在電力被使用枯竭后，就“被扔掉了”。但是，它實際上去了哪兒呢？首先，它被裝在一個放垃圾的容器里，這個垃圾袋被收集起來，并被送進了焚化爐。在焚化爐里，水銀被加熱了，這就產(chǎn)生了水銀蒸氣，它們從焚化爐的煙囪里噴出來，而水銀的蒸氣是有毒的。它們被風帶走，最后由雨和雪送到了地面。我們可以設想一下，當它落入到山里的湖泊中時，水銀凝縮并沉入湖底。在這兒，在細菌的作用下，水銀被轉(zhuǎn)化成為甲基汞。它可以溶于水，并被魚吸收；但它不能進入新陳代謝，水銀則積存于魚的器官和肌肉中。魚被一個人捉來并食用，水銀則在這個人的器官中積存下來，它將在這里出現(xiàn)危害。如此繼續(xù)下去。 這是一個非常有效的追蹤一條生態(tài)途徑的方法。這也是一個消除先前的那種概念的很好的方法，那種概念認為某些東西在被扔掉時，就毫無用處地走開了；實際上，它只是從一個地方遷到另一個地方，從一種分子形式轉(zhuǎn)化為另一種，它一直在任何一種有機體的生命過程中活動著，在一段時間里，它就隱藏在這種有機體之中。現(xiàn)今環(huán)境危機的主要原因之一就是，大量的物質(zhì)成為地球上的多余物，它們被轉(zhuǎn)化成新形式，并且被允許進入到尚未考慮到“一切事物都必然有其去向”的法則的環(huán)境之中。結(jié)果，而且常常是，大量有害物質(zhì)會在自然狀況下，在并不屬于它所在的地方累積起來。 生態(tài)學的第三條法則：自然界所懂得的是最好的。 根據(jù)我的經(jīng)驗，這條原則會遇到激烈的反對，因為它與一種根深蒂固的思想相矛盾。這個思想認為人類是無以倫比的?，F(xiàn)代技術(shù)的最普遍的特點之一，被認為是它可以按照預想去 “改造自然”提供食品、衣服、住宅、各種通訊和交際的手段，這些都是優(yōu)越于那些人在自然中可利用的東西的。坦白地說，生態(tài)學的第三個法則認為，任何在自然系統(tǒng)中主要是因人為而引起的變化，對那個系統(tǒng)都有可能是有害的。這是一個很極端的看法，然而我認為，如果從一個適當?shù)奶囟ǖ那昂箨P(guān)系的角度去理解，它是具有很多優(yōu)勢的。 我發(fā)現(xiàn)用一種類推的方法來解釋這個原則是很有用的。假定你要打開你的表殼，閉上你的眼，然后把一只鉛筆插進那些裸露的器件中間。幾乎可以肯定地說，其結(jié)果是這只表被損壞了，但結(jié)果也并非絕對如此。有著某種有限度的可能性，即這只表出了差錯，而鉛筆的隨意插入正巧使它得到了所需要的調(diào)整。然而這種結(jié)果是太超出必然了。有待解決的問題是：為什么？回答是不言而喻的：在手表下隱藏著一種現(xiàn)代技術(shù)人員稱作“探索和發(fā)展”（“research and development”）（或者是人們更熟悉的說法：RD）的非?？捎^的力量。這意味著，在過了很多年后，每個由其師傅教出來的、大量的手表工匠們已經(jīng)試驗過了各種各樣有關(guān)手表機械的安排細節(jié)，拋棄了那些不能與這個系統(tǒng)的整個運動所共存的部分，而保留了那些比較好的特性。結(jié)果，手表的機械，就如同它現(xiàn)存的狀態(tài)，從各個可能組成部分的安排中，從手表的機件的獨特的構(gòu)造中，顯現(xiàn)出一種非常有限的選擇性。任何一種隨意的在這個表中進行的變化部可能陷入一種很大程度上的紊亂和具有破壞性的安排，而這些都是在過去的手表制造者的經(jīng)驗中已被試驗過了，并且是被拋棄了的安排。可以這么說，作為一條手表制造者法則，“手表工匠懂得的是最好的”。 在生物體系中有一個非常相近的，也是非常有意義的類推法。用一種因子，如X射線來誘導生命物體產(chǎn)生在一定范圍內(nèi)的、任意的、遺傳性的變化是可能的，它會加大突變頻率，雖然極其罕見，在自然界里還是可以看做是可能性的變化，就我們的目的而言，其意義在于普遍的觀察，當突變頻率通過X 射線或其他方式提高了時，幾乎所有的突變對有機體都是有害的，而且大多數(shù)損害都能在這種有機體完全形成之前把它殺死。 換句話說，和表一樣，一種被迫在它的組織里承受一種任意的變化的活的有機物，幾乎肯定是要受到損害，而不是得到改善。在這兩個例子中，解釋是一致的大量的RD。實際上，在每一種生物出來之前都有著大約23億年的RD。在這期間，一大批新的個體生命產(chǎn)生了，在每一個情況下都足以提出嘗試某些隨機的基因變化適應性的機會。如果這種變化危害了有機體的生存能力，它就可能在這種變化傳給其后代之前，就殺死了這個有機體。用這種方法，人類逐漸積累起一個復雜的，由可以相互共處的各個部分組成的組織；那些不能與整體共存的可能的安排，便會在進化的長期過程中被排除出去。這樣，一個現(xiàn)存的生物結(jié)構(gòu)，或是已知的自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，按照常識，就似乎是“最好的”，因為這是對有傷害的成分做過篩選的，否則，任何新的生物體都會比現(xiàn)在的生物體要糟得多。 這個原則與有機化學領域特別有關(guān)。生物是由成千上萬不同的有機化合物組成的，有時，可以有這種設想，如果天然有機化合物被人工的天然物質(zhì)變體所代替，則至少有一些天然有機化合物可能被修改。生態(tài)學的第三條法則認為，一種不是天然產(chǎn)生的，而是人工的有機化合物，卻又在生命系統(tǒng)中起著作用，就可能是非常有害的。 這個原因應歸結(jié)于這樣一個事實，即在生物體中實際發(fā)現(xiàn)的化學物質(zhì)的多樣性，要比可能有的多樣性受到更為廣泛的限制。有一個可以說明問題的例子，如果對各種可能類型的蛋白質(zhì)的分子都拿出一個，它們加在一起的重量就會比可見宇宙重。顯然，有極大量的蛋白質(zhì)類型不是由活細胞產(chǎn)生的。由上所述，人們就會想到，這些可能有的蛋白質(zhì)的很多種，一旦在一些特殊的生物體中形成，就會發(fā)現(xiàn)是有害的，并通過這個實驗室的失敗而被摒棄。以同樣的方式，活細胞會合成具有偶數(shù)（即4、6、8等個碳）個碳的碳鏈的脂肪酸（一種含有多種長度的碳鏈的有機分子），而沒有單數(shù)個碳的碳鏈長度的脂肪酸。這說明，后者一旦被試驗，就會發(fā)現(xiàn)是不符合標準的。簡言之，包含有附屬的氮和氧原子的有機化合物，在生物中是奇少的。這就警告我們，這種類型的人工物質(zhì)的介入是很危險的。情況確實如此，因為這種物質(zhì)通常都是有毒的，而且常常是致癌物質(zhì)。以滴滴涕在自然界里到處可以被發(fā)現(xiàn)這個事實為依據(jù)，我認為，在一些地方，于過去的某一時間里，一些不幸的細胞已合成了這個分子，并且死了。 有關(guān)生命體系的化學上的各種顯著的事實是，因為每一種有機物質(zhì)都是由一種活的有機體產(chǎn)生的，所以，在自然界的某一時間，就存在著一種能把那種物質(zhì)加以分解的酶。事實上，除非對降解采取了必要的措施，從而再循環(huán)被強化，是沒有一種有機物會被合成的。因此，當一種新的人造的有機物以一種分子結(jié)構(gòu)被合成時，它是與自然界中發(fā)生的那些類型的有機物大相徑庭的，從而也就有了一種可能，即沒有可使其降解的酶存在這種物質(zhì)就日漸積累起來了。 在有了上述的這些考慮之后，我認為，應該慎重地對待每一種人造的有機化學制品了，這些化學制品是不會在自然界中發(fā)現(xiàn)的，但卻作為一種對其他的生命形式的潛在的危險，而在一種有機體中有力地活動著。從使用性上來說，這個觀點意味著，所有的人造有機化合物，無論在生物學上有著任何活力，都應該像我們對待藥品那樣來對待的，或者說我們應該小心謹慎地對待它們。當然，在成億公斤的這種物質(zhì)被生產(chǎn)出來，并且被廣泛地散布到它可以接觸到的生態(tài)系統(tǒng)中，并且影響著我們觀察不到的大量的有機體的時候，這種謹慎和小心也就成為不可能的了。這也恰恰就是我們一直在用合成洗滌劑、殺蟲劑和除草劑所做的那些事情。這些常常是災難性的結(jié)果給“自然界懂得的是最好的”一個強大的佐證。 生態(tài)學的第四個法則：沒有免費的午餐。 根據(jù)我的經(jīng)驗，這個思想證明在闡述各種環(huán)境問題上是那樣有用，以致于我把它從其淵源經(jīng)濟學中借過來了。這個法則來源于一個經(jīng)濟學家們喜歡講的故事。一個富有的石油大王認為他的新的財產(chǎn)需要經(jīng)濟科學來指導。因此，他命令他的顧問們制出一套多卷本的包含有一切經(jīng)濟學智慧的書來，違者處死。當這部巨著奉獻上來時，石油大王卻不耐煩去看它，他發(fā)出一道命令把所有的經(jīng)濟學知識縮減成單獨的一卷。故事就順著這樣一條脈胳發(fā)展著，如這類故事將會有的結(jié)尾一樣，一直到這些顧問們按照要求，把整個經(jīng)濟學縮減成一句話。如果他們還打算僥幸活下來的話。這就是“免費午餐”法則的來源。 在生態(tài)學上，和在經(jīng)濟學上一樣，這條法則都主要警告人們，每一次獲得都要付出某些代價。從一方面來看，這個生態(tài)學法則包含著前三條法則。因為地球的生態(tài)系統(tǒng)是一個相互聯(lián)系的整體，在這個整體內(nèi)，是沒有東西可以取得或失掉的，它不受一切改進的措施的支配，任何一種由于人類的力量而從中抽取的東西，都一定要被放回原處。要為此付出代價是不能避免的，不過可能被拖欠下來?，F(xiàn)今的環(huán)境危機是在警告：我們拖欠的時間太長了。 以上所述，都是關(guān)于一個地球上的生命之網(wǎng)的看法。我試圖從可用的事實當中，通過邏輯上的各種關(guān)系，把這個觀點發(fā)展成一整套可以理解的綜述。換句話說，這種嘗試一直是具有科學性的。 然而，很難忽略一個令人難堪的事實，即最后的，從所有這些中間概括出來的觀點生態(tài)學上的四個法則都是已經(jīng)被很多