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恒达平台宇宙生态学的曙光

 
恒达平台官网 宇宙生态学的曙光


生态学中有一场关于是否存在生态法则的激烈辩论,恒达平台官网生态法则类似于支撑物理和数学的普遍法则。这个讨论很重要,原因有很多。有些人认为,规律是一门科学的真正标志,因此生态学作为一门科学的地位取决于其结果。生态规律的存在也会对生态实践产生影响。
 
如果没有可以发现的规律,生态学家的工作似乎只是提供一套本地化的模型。评估这些模型的标准是它们在特定环境下的经验充分性,而不是它们捕捉普遍真理的能力。另一方面,如果生态学确实有规律,这就需要进一步探索这些规律是什么,以及它们在描述生态动态方面的效用。
 
寻找生态规律的一个方法是考虑其他星球上的生态是什么样子的。如果我们认为地球生态的某些方面在宇宙的其他地方也适用,我们就有充分的理由怀疑生态法则的存在
 
在地球上,细菌呈指数增长,猞猁以野兔为食,而由于栖息地的丧失和破碎化,小熊猫的数量下降。我们能在其他星球上找到多少这样的生态系统?当然,我们不会在太阳系外的行星上发现猞猁、野兔、小熊猫或地球细菌。但是,那里的生物会不会像地球上的生物一样,以指数的方式生长,并对捕食者、猎物和栖息地的丧失做出反应呢?我们怎么知道?
 
让我们从物理学中寻找一些指导。物理定律在整个宇宙中都是一样的。然而,当地情况发生了变化:火星表面的重力加速度大约是3.7米/s2,而不是地球上的9.8米/s2。但在这两个行星上,重力加速度与行星的质量成正比。在这个例子中,超越系统动力学的表面差异,揭示了支持这些差异的科学规律。同样的逻辑也适用于生态学。
 
以核心生态原则为例,当资源无限时,人口就会成倍增长。马尔萨斯(Thomas Malthus)在1798年提出的这一原则,可以被视为种群生态学的基石。生态学家有充分的理由相信这个原理是完全可以推广的。毕竟,每个生物体都能产生尽可能多的后代,这是一个合乎逻辑的延伸。指数增长的失败将需要系统地减少整个生殖产出。在一个拥有无限资源的体系中,这种下降是无法解释的。
 
因此,指数增长是一个不变的原则;它提出了这样一个观点:无论何时何地,繁殖生物的种群都保持着恒定的繁殖率。指数增长原理是生态学定律的一个候选原理。我们认为,这一原理在生态学理论中起着与牛顿第一定律在物理学中同样重要的作用(《生态轨道:行星如何运动和人口如何增长》,恒达平台牛津大学出版社,纽约,2004)。
 
但在任何星球上,资源都是有限的,这就改变了一切。受这一现实的影响,一个种群一开始(几乎)呈指数增长,但随着种群接近其承载能力——环境所能支持的最大种群——的极限,其增长速度就会减慢。当接近这一极限时,人口成员之间对资源的竞争意味着人口密度变得很重要,由此导致的单个资源的减少会导致人口增长的放缓。
 
人口生物学家使用s型人口增长曲线来描绘这种密度依赖性的增长变异性。没有一个地球上的人口会永远呈指数增长,这一事实证明了密度相关的限制因素无处不在。因此,这一原则可能也符合普遍性的要求。现在让我们转向生态学中一些最近关于尺度关系的研究,这些研究提出了一些可能构成生态法则基础的附加原则。

生态学家早就知道,新陈代谢的大小与身体的大小成比例。也就是说,一个生物体的新陈代谢随着它的体重上升到某个指数而变化,而这个指数通常小于1 (Hilgardia, 6:315 - 53,1932)。就像所有的生物统计一样,数据可能是嘈杂的,但统计关系是清楚的。什么是近年来生态学家的印象其他关键生态变量的程度也与身体size-abundances allometrically的变化而变化,生产力和人口characteristics-all似乎是相互关联的方式,最终出现与个体的代谢率。
 
一般来说,指数的值显然来自于新陈代谢指数(大小、功能和生命史,哈佛大学出版社,1984年;代谢生态学:一个标度方法,ed. R.M., et al., Wiley-Blackwell, 2012)。但值得注意的是,两个性质对于物体的大小是不变的——换句话说,它们的指数是零。每一代的最高繁殖率与物种的体型无关。同样,群落中不同物种种群的能量利用也与物种的体型无关。例如,斑马(250公斤)和木老鼠(35克)每一代每只雌性最多可以产生4个后代,它们的种群都以平均每平方公里65兆焦耳的速度消耗能量。(Biol J Linn Soc, 31:193-246, 1987;Am Nat, 169:621-31, 2007;Biol Lett, 6:850-53, 2010)。
 
如果代谢率的指数不同,所有其他指数都会改变,除了这两个指数不变。这种不变性表明,平均而言,无论身体大小,某样东西都以相同的方式工作。这些不变的关系就像上面讨论的定律:它们不受局部细节的影响,我们可以期望它们在任何地方都成立。
 
在卡尔·萨根的小说《接触》中,一个被认为是由智能生命发送的外星信号由一系列质数组成的二进制符号。其思想是,任何有智慧的文明都必须发现质数,并认识到二进制记数法是基本的。事实上,数学在任何地方都是一样的:2+2=4在地球上和在整个宇宙中都是一样的,恒达平台官网:7是质数,无论你住在哪里。撇开符号不谈,地外数学必须与地外数学相同。
 
我们有充分的理由期待物理和数学定律在宇宙的遥远角落里仍然适用。最近关于生态全基因组学的研究表明,研究人员可能正在揭示生物相互作用的基本规律——如果你愿意,也可以称之为普遍生态学。我们不仅期望其他星球上的生命遵守这些异速生长关系,我们还可以合理地期望智能生命形式最终发现这些关系。

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