在精细尺度上维持

文/姚斌

生态学是进化论中的一个重要分支，它提供了一个互补的研究进路以说明生物多样性，阐明物种间的依存关系以及它们与物质世界的联系。在组织的多个层次中，生物多样性对人类生命以及生存环境的持久维持都是不可或缺的。构成动态地球的大气、物理和化学结构、生物要素，是一个典型的复杂适应系统，一个被我们称之为生物圈的系统。

多年来，普林斯顿大学教授西蒙·莱文对此进行研究。他认为，我们需要理解复杂的生物圈是如何从小尺度的自然选择和各种力的相互作用中涌现出来的，需要把宏观与微观联系起来。多样性丧失的后患无穷，即使少量局部灭绝，也表现出全球物种丧失的情形。物种灭绝就像流行病，局部物种减少，使得它们的邻居也减少，于是形成了局部性扩散，最终造成全球性灭绝。

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并非每个轮齿或铆钉都是必须的，但这并不意味着它们毫无用处。生态系统就像是制作完好的飞机，倾向于拥有冗余的亚系统和其他设计特征，以便容许它们在受到一定损害后能继续发挥作用。当某个重要铆钉爆裂或一个关键物种灭绝时，将可能导致严重的事故。即使某一物种没有消亡，但已消亡物种的累积效应也将导致灾难性后果。关键部位的铆钉能在任何一台机器上发挥关键作用，正如关键物种在生态系统的功能活动中发挥关键作用一样。

当一个物种丧失了多样性，就更易于衰退或者可能灭绝，原因在于它没有应对环境情况变化的灵活性。这就是种群中的多样性、异质性以及遗传变异性，而这些正是进化变异的原材料。当一个功能类群失去多样性时，它便容易坍塌，因为它缺少遗传多样性提供的灵活性来应对变化着的环境状况。一旦固氮功能种群垮掉，我们所知的其他相关生命也会发生同样的变化。任何氮循环中的大紊乱，事实上都会引发灾难性变化。这种现象同样存在于股票市场之中。当市场参与者的多样性和异质性丧失时，“一边倒”的效应就会出现：或者持续暴涨，或者持续暴跌。直到多样性和异质性再次出现，才会完全结束。

自组织系统令许多科学家为之着迷，是因为自组织提供了一个统一的原理。最初，沙粒形成一个单一而持久增长的沙堆，随着沙堆不断增大，它开始变得不稳定。当沙粒从侧面塌落并获得粘性时就会发生崩塌现象。崩塌本身的分布形成幂律分布，存在大量小型崩塌、少量大型崩塌。根据巴克的观点，生态系统是这种理论的完美体现，而且他从进化记录和灭绝崩塌的分布中获得了鼓舞。巴克认为，生态系统把自身组织成为临界状态，在这种临界状态中，连续灭绝把冲击波传给系统，触发其他消亡、重组并驱动系统到达一个周转与复位的动态平衡。这些事件说明了“间断平衡”的存在。所谓的间断平衡，指的是被重大变化所打断的长时期的停滞状态。史蒂芬·古尔德声称这些重大变化遍布于化石记录之中。

一般而言，自组织表现了复杂适应系统发展的特征，在它的发展中，其造成的多样性结果往往可能依赖于历史的突发事件。幼儿学习应付自身环境的神经系统就是一个复杂适应系统，因为他把这种神经反应系统建立在他的经验上，并依据特定的鼓励改变他的行为。整个发育过程中的生物体就是一个复杂适应系统，由最初没有一个蓝图指导，没有什么特征的受精卵发育而来。

各种企业、整个经济体、生态系统和生物圈都不同程度地显示了复杂适应系统的例子。复杂适应系统的基本特征是：组分的多样性与个体性，这一特点意味着存在诸如突变或遗传重组这样一些持续塑造新的多样性的机制；组分间的局部相互作用，这些作用包括竞争、捕食、繁殖等过程；一个自治过程，例如自然选择，利用局部相互作用的结果去选择组分中的一个子集，用以复制或加强。复杂适应系统最根本都是组分的异质性，它提供了选择得以进行的多样性。通过组分（即系统中的各个成分）中的非线性相互作用，有组织地、分层级地进入到各种结构性排列中。

非线性是一个重要的概念。非线性所指的事实是原因与结果不成比例，所以处在临界变量上的微小改变，就可以导致不成比例，也许是不可逆转的系统特征变化。在生态系统中，环境状况和开发模式的改变，可能触发定性的大范围不可逆的变化，例如荒漠化。生态系统展示了方式与行为的相同多样性，以及相同的对历史事件的依赖性。

布莱恩·阿瑟曾经强调相似事件在经济系统中的重要性。经济学家将此现象归之为“路径依赖性”。产品导入的市场成功依赖于它们是否在恰当的时机和恰当的条件下进入市场。路径依赖性意味着在林林总总的事物中，适合特定观念的时机和条件也许永远不会到来，除非存在一个与现实世界平行的无穷无尽的虚幻宇宙，在其中世界演化的所有可能性都可以实现。因此，不存在描述一个生态系统的唯一方法，也不存在唯一一种方法去描述经济体系。

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复杂适应系统的核心是机会与抉择，用足够的时间对变化进行有效的组合。这就是达尔文革命性论著的观点，它极大地改变了我们关于世界的目的与需要的流行思想。自然选择是一种局部机制，它依赖于对生存模式微小修正的持续生成，然后根据何种模式最有利于基因进入下一代的基因库而从中作出选择。这是一种笨拙的修补，是一种永远不会完结的工作，因为物理和生物环境处于持续的变化中。所以，看起来生物圈似乎总是处于无序之中，局部意外事件——被冻结起来和抗拒更新的历史的其他行为——被逐渐织入一幅织锦。

西蒙·莱文相信，真理应当存在于极端观点之间的某个地方。创新与进化首先发生在各个局部水平上，并从那里开始传播。当新的遗传类型增生扩散时，它们就将影响它的环境，尽管随着空间或组织尺度的扩大，这种影响变得更为弥散。当影响从最小尺度到大尺度变得更为蔓延时，反馈作用的发生在由大尺度变成小尺度；这些反馈作用或许既可抑制也可加速局部的改变。

南方的温度在摄氏20度时，北方仅仅摄氏2度，因此全球平均的温度对于大多数人意义甚微。一年中温度变化相对较小，这简单明了地反映了一个事实，即当有些地方热的时候，有一些地方就冷了下来。很显然，无论自我平衡机制如何在全球温度上发挥作用，它并不紧密地行使对局部水平的控制作用。

生命的出现与进化是一个自组织过程，最终必定在多重尺度上通过反馈来影响整个环境。小尺度变化比大尺度变化通常更大，这不仅仅对于扩大空间尺度是真实的，而且对聚集整体尺度的其他方式也是如此。例如，股票市场平均数，如道琼斯指数，或许其波动比我们期待的要大，但单只股票却显示出更大的波动。实际上，在那里展示出一种关键性基调，即为防止损失而两面下注的一种很适度保守的投资计划。这同样适用于生态组织，例如，由于关键功能种群平均了单个物种的波动，所以其波动比大多数物种的个体波动要小。从人类的视野看，维持生物多样性，就类似于运用一个保守的投资策略：它增加了我们不失去整个投资的机会。

对于由自然选择形成的结果，历史影响和局部影响都明显为其增添了多样性。于是，生物控制问题的解决方式便呈现出惊人的多样性，并提供了一个几乎是无穷尽的、极其复杂的资料库。在任何一个给定的行星上，未必存在适合的生命条件，但是未必在天体中的一个或少数几个将不拥有合适的条件。对于“多么幸运，适合我生存的条件恰恰偶然出现于地球，而我就在那里”这句话来说，它就像是说，“在所有曾经生活过的人，我成为我自己是多么的未必”，在每一种情况中，这句话都反映了一种有偏见的观察，而不是有着可能性的世界的随机选择。如果生存的条件未被满足，那么这两个问题都不可能被问到。

大部分经济部门中任何一个单一的链都不可能处于完全支配地位。虽然随着时间的推移，多样性随着链的增生扩展减少了，然而不管产生利益的产品是汉堡包、立体声音响或是运动鞋，这些商业巨头的共存都是一种通则而非特例。每个巨头都开发出一个不同的微环境，而且不存在单一的进化稳定类型。更确切地说，市场中的策略全体共同定义决定类型的相对成功的环境。竞争导致了适应性，这些适应性又提供了暂时优势、增生扩散，然后又得到维持，因为在一个人人皆有的环境中，这种适应性是必要的。本质上，它们就是进化稳定。在市场上，多样性自然而然地从竞争和为维持生存而开发新道路所带来的利益中涌现出来。多样性的这种内生涌现典型地代表了生物进化。

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自然系统是高度非线性的，在一定程度上，我们在任何一个环境中所观察到的都是历史事件和来自相邻生态系统移居者影响的结果。正如斯蒂芬·古尔德所指出的，我们今天在自然中，在任何细微的程度上所看到的一切都不可能出现第二次。历史事件决定了哪些会出现，同时在某种程度上限制其他物种出现的机会，并在某种程度上为另一些物种创造了新的机会。

最宽阔的尺度，是所谓的生命带，具有宏观层面的特征，比如冰原和热带雨林、经济系统和社会系统。在这个层次可以做出相对稳健的预测。而在生命带内，即可称为中尺度，或者说在中等的尺度上，具有中观层面的特征，比如产业结构和行业分布，有模式存在但显示出较多变化。最精细的尺度，具有微观层面的特征，比如企业的垄断与竞争。由于偶然性的作用，精度的预测实际上是不可能的。

一般而言，在描述任何一个系统的动力学时，视野越粗，就越容易做出确定性的陈述。投资顾问警告说没有市场预测能够对短期奏效，可同样是这些顾问，却信心十足地告诉那些做长线的投资者，证券是值得去做的。10年以上的时期，股票总是比那些比较保守的投资带来更多的回报。同样，对天气预报来说，长期的远景透视常常给予更为稳健的预测，这些都是涉及时间尺度的。空间尺度也能够提供更显而易见的说明。任何大城市预计都会有过多的快餐店、公共厕所和加油站，但是当你需要的时候，在一个不熟悉的地方却得想法去找。在城市这个层次上所预测的东西，一旦到了越局部的层次时，就变得不可预测了。

对任何系统及其波动的理解都依赖于假定的透视，即观测的尺度。在大空间和长时间的尺度内，生态系统展示出物种分布的确定性模式。这种方法在一般性上大多是可靠的，而在具体物种构成的预测上可靠性就很小。对许多有趣的现象，某种粗糙的尺度可以使我们平均掉变化，然后做出更确定的陈述。比如，对今后10年汽车需求量做可靠预测要比对切诺基吉普车需求量做预测容易得多。粗糙的尺度并不能必然地保证提高可预测性。我对下个星期要做的事情比今后10年我将做的事情更有主意。如果不是在有很强趋势的尺度上运用平均，那么它可能就无助于可预测性。因此，主要的信息就是在预测中尺度的重要性问题；事情最频繁地出现在某些确定尺度上，而非其他尺度上。

在金融市场中，有各种各样投资策略的生态位。大多数小投资者都是有些保守的通才，他们发展平均策略以保证合理的回报，并预防大的损失。其他人则愿意接受短期挫折，以获得潜在的更大盈利，因此喜欢更加积极的专业性策略，集中于少数有风险的投资上。随着年龄的增长和生命时限的缩短，保守策略会更有吸引力。从机会主义策略到长期投资策略，这与经济市场很类似。由于新技术的涌现，创业公司的数量几年之内从几个激增到几百个，然而其中的许多公司最终都不复存在了，筛选的过程减少了公司的数量，使之又回到几个公司支配市场的状况。

投资顾问为满足他们顾客的需要和想冒险的心态制定各种投资组合，对短期和长期的高端潜力与风险进行权衡。良性投资的基本原则之一就是投资的多样化，例如通过互惠基金。一个平衡的投资组合，尽管对增长的上限有一定的限制，但通常显现出更稳定的动态变化，会降低灾难性失败的风险。然而，在更长时间段内，除非采取的措施保持多样化，否则当发展更快的投资组合成份开始代表资金投资中较大部分的时候，这种多样性将会消失。

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经济学家和市场分析人士依赖的是这样一个事实，即市场的短期波动在很大程度上是不可预测的，尽管亚当·斯密指出，“我认为即使随机游动者宣告了随机性完美的数学证据，我依然愿意相信，从长远来看，未来收入会影响现在的价值。”短期的市场波动显然主要是受市场之外随机事件影响的，比如选举、战争。而在一个较长的时期里，这些影响就趋于消失或自我修正，因此市场变化必须用其他的方式加以说明。

预测生态系统动力学过程或者经济系统动力学过程，其重要问题同样变得多样化，因此在很大程度上取决于选择如何去整合事物。因为聚集作用排除了群体内部变化的细节，聚集的不同程度就会呈现出具有很大差异的系统动力学观点。布莱恩·阿瑟曾经引用了录像带行业的发展作为范例。录像带是一项新发明。与已有技术不同，人们希望有能力制造和欣赏一种磁带，这种磁带能记录一切事物。聚集市场的动力学是由消费者对产品需求和行业以某种价格供给的意愿来驱动的。然而，在行业内部，自组织的动力学是以典型的非线性方式来驱动事物的：由于不同系统之间的不兼容性，行业对付消费者的惯常方式就是让家用录像系统日益普及，使Beta制大尺寸磁带录像系统对大多数人来说是一个愚蠢的投资，因为Beta制大尺寸磁带录像系统不能播放家用录像系统的录像带。

同样的现象在商业市场中一而再、再而三地不断重演。最广为人知的例子是右上角依次为QWERTY的标准键盘。保罗·戴维认为当前流行的键盘设计是历史的偶然：它甚至不如早期的一些设计，但由于历史的偶然事件而被锁定下来。布莱恩·阿瑟引用这个例子和包括计算机F0RTRAN语言在内的其他事例，来说明技术在竞争很小的时候被确定下来，并且从此以后，即便出现更加优秀的设计，也不能替代或者甚至很难替代它们。

大量的重要观念从这些事例中涌现出来，它们对于理解进化具有重要意义。对于创新的引入和传播，不论是技术的还是生物学的，距离局部最优性取代整体最优性而成为一般的惯例。研究工作的某种解决方案在缺乏激烈竞争时被逐步确定下来，即使在任何绝对意义上它都不是最佳选择。而一旦它被确立下来，竞争的景观就改变了，所以这种充分的解决方法就有可能抵制来自于具有较高技术的解决方案之竞争突袭，其原因就是因为市场动力学。这是非线性最明显的证据：改变某种类型的多度就能够改变此类型相对优势或劣势，有时会促进这些类型的进一步传播，有时也会限制它。那些处于优势的变化可能会有更先进的技术或者进一步的演化来提高和加强。

混沌边缘是有序与无序之间的边界。在某种程度上，我们多数人必须使自己生活在那种边界，愿意在新生事物面前获得一点机会，但是不愿意把所有的谨慎都付之东流。根据斯图亚特·考夫曼的推理，如果生态系统处于这种边缘，那么它在适应环境条件的变化时将处于最优状况。“随着进化时间的发展，生态系统可能自我调整到有序与混沌之间的一个转换区域，使适切性最大化，而使平均灭绝率最小化。”如此看来，我们最好的做法就是不断适应环境条件的变化，从而获得一种自我维持的临界状态。