生態(tài)學四大法則

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)展為一種結構嚴密的、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。產(chǎn)生這個結論的某些論據(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?！翱刂普摗保╯ybernetics）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果：舵手轉動船舵，船舵使船拐回原來的航向。這時，羅盤針也就轉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系也就構成為一種生態(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，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。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幾十年為一轉折的。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，而兔子種群也反過來與山貓種群有關。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?？刂葡到y(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。結果，腐生細菌對氧的消耗率就會超過藻類的氧產(chǎn)生率development”）（或者是人們更熟悉的說法：R＆D）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R＆D。實際上，在每一種生物出來之前都有著大約2－3億年的R＆D。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)存的生物結構，或是已知的自然生態(tài)系統(tǒng)的結構，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。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構被合成時，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)被很多不具備任何科學分析或者專業(yè)思想的人所廣泛掌握了的思想。在沃爾特·惠特曼的詩歌中，關于所有的生命都被交織在其內(nèi)的復雜的網(wǎng)絡，以及人在其中的地位，是曾經(jīng)非常清晰而美妙地被描述過的。大量有關環(huán)境的自然特征和棲息在其中的生物之間的相互作用，都可以從《白鯨》中得知。馬克·吐溫不僅有著驚人的關于美國密西西比河以西的環(huán)境特點的淵博的知識，而且對科學脫離于生活現(xiàn)實的情況有著相當尖銳的批評。作為一個批評家，利奧·馬克思提醒我們：“任何熟悉美國經(jīng)典作家（我想到了柯柏、愛默生、梭羅、梅里維爾、惠特曼、以及馬克·吐溫）的人，都可能對我們近來所知道的被叫做生態(tài)學的事物產(chǎn)生過興趣?！辈恍业氖牵@種文學上的遺產(chǎn)并不足以把我們從生態(tài)學的災難中拯救出來。不管怎樣，每個美國的技術工作者、工業(yè)家、農(nóng)業(yè)家，或者在職官員們，這些在環(huán)境問題上采取寬宥態(tài)度，或者參與了毀滅環(huán)境的人們，起碼都讀過一點愛默生、梭羅、梅里維爾、惠特曼以及馬克·吐溫的著作。他們中間的許多人還是露營愛好者、鳥的觀察者，或者酷愛釣魚者，因此在某種程度上，具備著對自然過程的個人認識，這種認識正是生態(tài)學希望能說明的。然而，他們中的大多數(shù)卻又不為環(huán)境危機所動，顯然，他們也不了解，梭羅的森林，馬克·吐溫的河流，以及梅里維爾的海洋現(xiàn)在都正在受著攻擊。污染空氣的瘴氣的上升使我們