生态学四大法则--翻译.doc

Four Laws of Ecology生态学四法则 这是一门年轻的科学，它所教的很多内容都是从地球上的整个生命之网的小环节上所得到的。生态学还没有明确发展为一种结构严密的、或者说是由物理学的规律检验过的简化了的概括原则。不过，仍然有很多法则对我们现在所认识的生态圈已经是很明显的了，它们可以组成一种通俗的“生态学法则”。这就是下面所要论述的。 生态学的第一条法则： 每一种事物都与别的事物相关。 产生这个结论的某些论据已经讨论过了。它反映了生物圈中精密内部联系网络的存在：在不同的生物组织中，在群落、种群和个体有机物以及它们的物理化学环境之间。 一个生态系统包括多重的内部相联的部分，它们相互影响着，单就这一个事实就有着某些令人惊异的结果。我们描述这种系统行为的能力由于控制论的发展而获得很大的帮助，这个控制论的发展甚至比生态学还要更年轻。我们把这个基本概念以及这个词本身，都归功于已故的诺伯特维纳的创造性的思想。 “控制论”（cybernetics）是从希腊词“舵手”的意思中产生出来的，它涉及到掌握或控制一个系统的行动的各种过程的循环。舵手是一个系统的一部分，这个系统还包括着罗盘、船舵及船。如果船偏离了罗盘所指示的方向，这个变化就会在罗盘针的活动上显示出来。当舵手观察到这种变化，并分析了情况后，这个过程就决定了后来的结果：舵手转动船舵，船舵使船拐回原来的航向。这时，罗盘针也就转回到原来的已定的航向位置上，这个循环周期也就完成了。如果罗盘针只是稍稍偏离了，而舵手把舵又转得太远，船的过分摆动也会在罗盘上显示出来它通过相反的活动来提醒舵手去纠正它的过火的行动。这样，这个周期的运转就使船的行进过程处在稳定的状态中。 按照一种非常相似的方式，稳定的控制论的各种关系也就构成为一种生态上的循环。例如，研究一下淡水的生态循环：鱼有机排泻物可致腐烂的细菌无机物藻类 鱼。假设由于一个异常的温暖的夏季天气，藻类得以迅速生长。它消耗了无机营养物，结果这个循环中的两个部分 藻和无机营养都超出了平衡，而向相反的方向发展。这时，生态循环的运转，就像船的运行一样，很快会将这种形势带回到平衡的状态，因为过多的藻类使鱼更容易获得食物，这就又减少了藻类的数量，而增加了鱼粪，最后则导致营养水平的不断增长，这时鱼粪就腐烂了。这样一来，藻类和营养物的水平又向它们原先平衡的位置上回转。 在这样的控制论系统里，整个过程并非是通过严格的控制维持的，它是很灵活的。船在它的航线上运行并非总是稳定不变的，不过它最终还是要在它摇摆于真实的航线的起伏不停的运动中遵循总的方向。这些摇摆的频率是以其循环中的各个步骤中的相对速度所决定的，如船在船舵转动时所做出的反应时的速度。 生态系统也现出类似的循环，尽管这些循环受到多种多样的天气和环境的各种媒介的日常或季节的影响，而常常是不太明显的。这类生态学上的摆动的最为明显的例子是毛皮动物种群大小的阶段式的变化。例如，在加拿大的动物捕猎史上，兔子和山猫的种群是以十年为一转折的。当兔子很多时，山猫的繁殖也很快，山猫种群的增大越来越多地影响到兔子的种群，使它减少下来；当兔子变得稀少时，也就没有足够的食物维持大量的山猫了；当山猫开始死去时，兔子所受的威胁也就较少些，于是数量开始增加。如此循环往复。这些变化成为简单循环的组成部分，在这种循环中，山猫种群无疑是与兔子种群有关，而兔子种群也反过来与山猫种群有关。 在这种摆动系统中总存在着一种危险，即整个系统在这种摆动中的辐度超出于平衡点，以致这个系统不能再恢复它的正常水准时，整个系统就将崩溃。例如，假定在兔子山猫循环周期的一部分摆动中，山猫设法吃掉了所有的兔子（或者就只剩了一只了），这样，兔子的种群就不可能再繁殖了。在正常的情况下，当兔子被吃掉时，山猫就要开始挨饿，但这一次，山猫种群减少之后是再不会有兔子数量的增加了。结果，山猫就要死去。整个兔子山猫的体系也就崩溃了。 这与伴随着生态上的崩溃的那种被称为“富营养”的情况是相同的。如果水中的养分变得高到足以刺激水藻的迅速生长，稠密的水藻群体就会因为自身光合作用效力的限制，而不能被长久地维持下来。随着水中水藻群厚度的增加，光合作用所需要的、能够达到水藻群低部的光则急剧消失，结果，任何茁壮的、过分生长的水藻都会很快死去，同时留下有机残骸。这样，有机物质的含量就会变得那样大，以致它的降解完全消耗了水中所含的氧。于是腐生细菌死去，因为它们必须有氧才能生存。整个水生循环崩溃了。 控制系统的能动行为，例如它的天然摇摆的经常性，随着外部变化而变化的速度，以及它的总的效率，都是依其各个步骤的相对速度而变化的。在船的体系中，罗盘针是在一秒钟的范围内摆动的，舵手则要花费几秒钟来做出反应，船则要在数分钟的时间内才能做出相应的摆动。这些不同的反应时间相互作用，产生了船总是要有以它的航线为中心的特有的摆动。 在水生生态系统中，生物上的每一个步骤也都有一个特有的反应时间，它以存于其内的有机物的新陈代谢和再生速度为依据。产生新一代的鱼的时间可能是几个月，产生新一代水藻的时间则可能是一天的事，而引起腐烂的细菌的再生则可能只在几小时内。这些有机物的新陈代谢的效率是1，水藻的比率就大约是100，而细菌大约是1万。 如果整个循环系统要保持平衡，那总的周转率就必然由最慢的一个步骤来控制，如鱼的生长和新陈代谢。任何外部的迫使这个循环中的一部分运转得比总的效率还要快的影响，都会产生麻烦。例如，鱼排泻废物的效率决定着细菌引起腐烂的效率，而氧的消耗率又以腐烂率为准。在平衡状态中，由水藻提供的和来自空气的充足的氧供给能产生腐生细菌。假定有机废物进入这个周期循环的速度人为地增大了，例如有污水倒入水中，这时所提供的腐生细菌就由于有机废物而大大高于正常水平，于是，由于它们急速的新陈代谢，而能够在增加了的大量有机物质上迅速地发生作用。结果，腐生细菌对氧的消耗率就会超过藻类的氧产生率（从空气中进入的氧的速率），从而使氧的水平减至零，这个系统也就崩溃了。所以，循环周期的各个不同过程的效率是处在一种自然的平衡状态中的，这种平衡状态只有在没有外部加在这个系统上的干扰时才能维持下来。当这样一种影响来自循环以外时，它就不再由循环关系中的自我调节所控制了，从而也就成为对整个系统的稳定性的一种威胁。 各种生态系统在它们的快慢差率的特点上显然是不同的，因此在自然改变了的环境或者趋向崩溃点的速度也是千差万别的。例如，水生生态系统的转换要比土壤生态系统快得多。所以，一英亩种群丰饶的海域，或者一英亩鱼池每年所产生的有机物质要比一英亩苜蓿多7倍。土壤的循环转换之所以慢，是因为它的转换步骤中有一步非常慢即从土壤的有机物贮存中释放营养物的那一步这一步，比在水生生态系统相应的那一步慢得多。 一个生态系统在它被驱向崩溃前所能承受的压力的量，也是它的各种内在联系和它们反应的相应的速度的结果。生态系统越复杂，它对其所承受的压力的抵抗就越有效。例如，在兔子山猫系统中，如果山猫有一种可以选择的食物来源，它们就有可能在兔子的突然枯竭中幸存。从这个角度上说，建立别的支路上的分支增加了一个生态系统对压力的承受能力。大部分生态系统都是那么复杂，以致它们的循环都不是在简单的圆圈内进行的，而是由许多分支交叉起来形成了一个网络，或者是内部相互联系的结构。就如同一张网一样，网中的每个结都是通过几股线与其他线结联在一起的，这种结构比无分支的线圈，在抵抗瓦解的能力上要强得多。环境污染常常是一个讯号，即一个生态系统的联系被切断了，或者是这个生态系统已经被人为地简化了，并且因此而变得难以承受压力和抵御最终的崩溃。 生态系统的各个反馈特性会引起极其重大的扩大和强化过程。例如，在食物链中，小鱼吃虾米，大鱼又吃小鱼的这种事实，不可避免地要在食物链的顶端的最大的有机体内产生一定的各种环境因素的聚集。较小的有机体在新陈代谢率上总是比较大的有机体显得高得多，这样，它们的那些与摄入机体中去的被氧化了的食物的量也要更大一些。所以，一种在食物链顶端中的动物是靠消费大量位于食物链中较低处的有机物体来生存的。从而任何在食物链中较低级的有机物质中出现的新陈代谢物质，都将浓集在顶端的有机物体之中。所以，如果滴滴涕（这是一种不能很快被新陈代谢的物质）在土壤中的浓度是1 个单位，它在土壤中生活的蚯蚓体内就会达到10-40个单位，而在吃蚯蚓的山鹬体内，滴滴涕的浓度就会达到200个单位的程度。 这一切都是由于生态系统的一个简单的事实所引起的 每个事物都是与别的事物相联系的，这个体系是因其活动的自我补偿的特性而赖以稳定的；这些相同的特性，如果超过了负荷，就可能导致急剧的崩溃；生物网络的复杂性和它自身的周转率决定着它所能承受的负荷大小以及时间的长短，否则就要崩溃；生态网是一个扩大器，结果，在一个地方出现的小小混乱就可能产生巨大的、波及很远的、延缓很久的影响。 生态学的第二个法则：一切事物都必然要有其去向。 当然，这仅仅是对一个物理学的基本法则物质不灭定律的有点通俗的重述。把它运用到生态学上，这个法则所强调的则是，在自然界中是无所谓“废物”这种东西的。在每个自然系统中，由一种有机物所排泻出来的被当做废物的那种东西都会被另一种有机物当做食物而吸收。动物所排出的二氧化碳是一种呼吸的废物，这正是绿色植物所需要的一种基本营养。植物排出氧，氧则被动物所利用。动物的有机粪便滋养着可引起腐烂的细菌。它们的废物，如硝酸盐、磷酸盐和二氧化碳这样一些无机物，则成了藻类的营养物。 不断地探究“向何处去”的问题，可以得出很多关于一个生态系统的令人惊讶的有价值的资料。例如，试想一种含水银的家用物品的结局一个只是最近才被人看到的影响环境的客观事实。买来一节含水银的干电池，在电力被使用枯竭后，就“被扔掉了”。但是，它实际上去了哪儿呢？首先，它被装在一个放垃圾的容器里，这个垃圾袋被收集起来，并被送进了焚化炉。在焚化炉里，水银被加热了，这就产生了水银蒸气，它们从焚化炉的烟囱里喷出来，而水银的蒸气是有毒的。它们被风带走，最后由雨和雪送到了地面。我们可以设想一下，当它落入到山里的湖泊中时，水银凝缩并沉入湖底。在这儿，在细菌的作用下，水银被转化成为甲基汞。它可以溶于水，并被鱼吸收；但它不能进入新陈代谢，水银则积存于鱼的器官和肌肉中。鱼被一个人捉来并食用，水银则在这个人的器官中积存下来，它将在这里出现危害。如此继续下去。 这是一个非常有效的追踪一条生态途径的方法。这也是一个消除先前的那种概念的很好的方法，那种概念认为某些东西在被扔掉时，就毫无用处地走开了；实际上，它只是从一个地方迁到另一个地方，从一种分子形式转化为另一种，它一直在任何一种有机体的生命过程中活动着，在一段时间里，它就隐藏在这种有机体之中。现今环境危机的主要原因之一就是，大量的物质成为地球上的多余物，它们被转化成新形式，并且被允许进入到尚未考虑到“一切事物都必然有其去向”的法则的环境之中。结果，而且常常是，大量有害物质会在自然状况下，在并不属于它所在的地方累积起来。 生态学的第三条法则：自然界所懂得的是最好的。 根据我的经验，这条原则会遇到激烈的反对，因为它与一种根深蒂固的思想相矛盾。这个思想认为人类是无以伦比的。现代技术的最普遍的特点之一，被认为是它可以按照预想去 “改造自然”提供食品、衣服、住宅、各种通讯和交际的手段，这些都是优越于那些人在自然中可利用的东西的。坦白地说，生态学的第三个法则认为，任何在自然系统中主要是因人为而引起的变化，对那个系统都有可能是有害的。这是一个很极端的看法，然而我认为，如果从一个适当的特定的前后关系的角度去理解，它是具有很多优势的。 我发现用一种类推的方法来解释这个原则是很有用的。假定你要打开你的表壳，闭上你的眼，然后把一只铅笔插进那些裸露的器件中间。几乎可以肯定地说，其结果是这只表被损坏了，但结果也并非绝对如此。有着某种有限度的可能性，即这只表出了差错，而铅笔的随意插入正巧使它得到了所需要的调整。然而这种结果是太超出必然了。有待解决的问题是：为什么？回答是不言而喻的：在手表下隐藏着一种现代技术人员称作“探索和发展”（“research and development”）（或者是人们更熟悉的说法：RD）的非常可观的力量。这意味着，在过了很多年后，每个由其师傅教出来的、大量的手表工匠们已经试验过了各种各样有关手表机械的安排细节，抛弃了那些不能与这个系统的整个运动所共存的部分，而保留了那些比较好的特性。结果，手表的机械，就如同它现存的状态，从各个可能组成部分的安排中，从手表的机件的独特的构造中，显现出一种非常有限的选择性。任何一种随意的在这个表中进行的变化部可能陷入一种很大程度上的紊乱和具有破坏性的安排，而这些都是在过去的手表制造者的经验中已被试验过了，并且是被抛弃了的安排。可以这么说，作为一条手表制造者法则，“手表工匠懂得的是最好的”。 在生物体系中有一个非常相近的，也是非常有意义的类推法。用一种因子，如X射线来诱导生命物体产生在一定范围内的、任意的、遗传性的变化是可能的，它会加大突变频率，虽然极其罕见，在自然界里还是可以看做是可能性的变化，就我们的目的而言，其意义在于普遍的观察，当突变频率通过X 射线或其他方式提高了时，几乎所有的突变对有机体都是有害的，而且大多数损害都能在这种有机体完全形成之前把它杀死。 换句话说，和表一样，一种被迫在它的组织里承受一种任意的变化的活的有机物，几乎肯定是要受到损害，而不是得到改善。在这两个例子中，解释是一致的大量的RD。实际上，在每一种生物出来之前都有着大约23亿年的RD。在这期间，一大批新的个体生命产生了，在每一个情况下都足以提出尝试某些随机的基因变化适应性的机会。如果这种变化危害了有机体的生存能力，它就可能在这种变化传给其后代之前，就杀死了这个有机体。用这种方法，人类逐渐积累起一个复杂的，由可以相互共处的各个部分组成的组织；那些不能与整体共存的可能的安排，便会在进化的长期过程中被排除出去。这样，一个现存的生物结构，或是已知的自然生态系统的结构，按照常识，就似乎是“最好的”，因为这是对有伤害的成分做过筛选的，否则，任何新的生物体都会比现在的生物体要糟得多。 这个原则与有机化学领域特别有关。生物是由成千上万不同的有机化合物组成的，有时，可以有这种设想，如果天然有机化合物被人工的天然物质变体所代替，则至少有一些天然有机化合物可能被修改。生态学的第三条法则认为，一种不是天然产生的，而是人工的有机化合物，却又在生命系统中起着作用，就可能是非常有害的。 这个原因应归结于这样一个事实，即在生物体中实际发现的化学物质的多样性，要比可能有的多样性受到更为广泛的限制。有一个可以说明问题的例子，如果对各种可能类型的蛋白质的分子都拿出一个，它们加在一起的重量就会比可见宇宙重。显然，有极大量的蛋白质类型不是由活细胞产生的。由上所述，人们就会想到，这些可能有的蛋白质的很多种，一旦在一些特殊的生物体中形成，就会发现是有害的，并通过这个实验室的失败而被摒弃。以同样的方式，活细胞会合成具有偶数（即4、6、8等个碳）个碳的碳链的脂肪酸（一种含有多种长度的碳链的有机分子），而没有单数个碳的碳链长度的脂肪酸。这说明，后者一旦被试验，就会发现是不符合标准的。简言之，包含有附属的氮和氧原子的有机化合物，在生物中是奇少的。这就警告我们，这种类型的人工物质的介入是很危险的。情况确实如此，因为这种物质通常都是有毒的，而且常常是致癌物质。以滴滴涕在自然界里到处可以被发现这个事实为依据，我认为，在一些地方，于过去的某一时间里，一些不幸的细胞已合成了这个分子，并且死了。 有关生命体系的化学上的各种显著的事实是，因为每一种有机物质都是由一种活的有机体产生的，所以，在自然界的某一时间，就存在着一种能把那种物质加以分解的酶。事实上，除非对降解采取了必要的措施，从而再循环被强化，是没有一种有机物会被合成的。因此，当一种新的人造的有机物以一种分子结构被合成时，它是与自然界中发生的那些类型的有机物大相径庭的，从而也就有了一种可能，即没有可使其降解的酶存在这种物质就日渐积累起来了。 在有了上述的这些考虑之后，我认为，应该慎重地对待每一种人造的有机化学制品了，这些化学制品是不会在自然界中发现的，但却作为一种对其他的生命形式的潜在的危险，而在一种有机体中有力地活动着。从使用性上来说，这个观点意味着，所有的人造有机化合物，无论在生物学上有着任何活力，都应该像我们对待药品那样来对待的，或者说我们应该小心谨慎地对待它们。当然，在成亿公斤的这种物质被生产出来，并且被广泛地散布到它可以接触到的生态系统中，并且影响着我们观察不到的大量的有机体的时候，这种谨慎和小心也就成为不可能的了。这也恰恰就是我们一直在用合成洗涤剂、杀虫剂和除草剂所做的那些事情。这些常常是灾难性的结果给“自然界懂得的是最好的”一个强大的佐证。 生态学的第四个法则：没有免费的午餐。 根据我的经验，这个思想证明在阐述各种环境问题上是那样有用，以致于我把它从其渊源经济学中借过来了。这个法则来源于一个经济学家们喜欢讲的故事。一个富有的石油大王认为他的新的财产需要经济科学来指导。因此，他命令他的顾问们制出一套多卷本的包含有一切经济学智慧的书来，违者处死。当这部巨著奉献上来时，石油大王却不耐烦去看它，他发出一道命令把所有的经济学知识缩减成单独的一卷。故事就顺着这样一条脉胳发展着，如这类故事将会有的结尾一样，一直到这些顾问们按照要求，把整个经济学缩减成一句话。如果他们还打算侥幸活下来的话。这就是“免费午餐”法则的来源。 在生态学上，和在经济学上一样，这条法则都主要警告人们，每一次获得都要付出某些代价。从一方面来看，这个生态学法则包含着前三条法则。因为地球的生态系统是一个相互联系的整体，在这个整体内，是没有东西可以取得或失掉的，它不受一切改进的措施的支配，任何一种由于人类的力量而从中抽取的东西，都一定要被放回原处。要为此付出代价是不能避免的，不过可能被拖欠下来。现今的环境危机是在警告：我们拖欠的时间太长了。 以上所述，都是关于一个地球上的生命之网的看法。我试图从可用的事实当中，通过逻辑上的各种关系，把这个观点发展成一整套可以理解的综述。换句话说，这种尝试一直是具有科学性的。 然而，很难忽略一个令人难堪的事实，即最后的，从所有这些中间概括出来的观点生态学上的四个法则都是已经被很多